abstract: Synechocystis sp PCC 6803 is a photosynthetic cyanobacterium that can be easily transformed to produce molecules of interest; this has increased Synechocystis’ popularity as a clean energy platform. Synechocystis has been shown to produce and excrete molecules such as fatty acids, isoprene, etc. after appropriate genetic modification. Challenges faced for large–scale growth of modified Synechocystis include abiotic stress, microbial contamination and high processing costs of product and cell material. Research reported in this dissertation contributes to solutions to these challenges. First, abiotic stress was addressed by overexpression of the heat shock protein ClpB1. In contrast to the wild type, the ClpB1 overexpression mutant (Slr1641+) tolerated rapid temperature changes, but no difference was found between the strains when temperature shifts were slower. Combination of ClpB1 overexpression with DnaK2 overexpression (Slr1641+/Sll0170+) further increased thermotolerance. Next, we used a Synechocystis strain that carries an introduced isoprene synthase gene (IspS+) and that therefore produces isoprene. We attempted to increase isoprene yields by overexpression of key enzymes in the methyl erythritol phosphate (MEP) pathway that leads to synthesis of the isoprene precursor. Isoprene production was not increased greatly by MEP pathway induction, likely because of limitations in the affinity of the isoprene synthase for the substrate. Finally, two extraction principles, two–phase liquid extraction (e.g., with an organic and aqueous phase) and solid–liquid extraction (e.g., with a resin) were tested. Two–phase liquid extraction is suitable for separating isoprene but not fatty acids from the culture medium. Fatty acid removal required acidification or surfactant addition, which affected biocompatibility. Therefore, improvements of both the organism and product–harvesting methods can contribute to enhancing the potential of cyanobacteria as solar–powered biocatalysts for the production of petroleum substitutes. / Dissertation/Thesis / Ph.D. Plant Biology 2013

Ce doctorat a pour de comparer deux procédés d’extraction de biomolécules, comme l’acide gallique. Le phosphate de tributyle (TBP), dilué dans le dodécane, est choisi comme extractant et Na2HPO4 comme désextractant pour leur efficacité. Avec ces réactifs, nous avons déterminé le mécanisme des deux systèmes extractifs. L’extraction liquide-liquide est limitée par l’équilibre thermodynamique : elle est efficace pour des concentrations élevées de TBP. Quant à l’extraction par émulsion, elle ne l’est pas ; si l’émulsion est stable, l’extraction peut être rapide et totale avec des concentrations de TBP plus faibles, ce qui rend ce procédé plus vert que le précédent. La dernière partie de l’étude porte sur le remplacement du dodécane par des agrodiluants afin d’obtenir des procédés encore plus verts. L’utilisation d’esters éthyliques d’acide gras permet d’augmenter l’extraction en présence de TBP et même d’éviter son emploi en extraction par émulsion. / This aim of this study was to compare liquid-liquid extraction (LLE) and extraction by emulsion (ELM) of biomolecules as gallic acid. TBP as the extractant and Na2HPO4 as the stripping agent were chosen thanks to their efficiency. The influence of many parameters on these two processes was studied to determine their mechanism. LLE process is limited by equilibrium: the extraction is efficient for high TBP concentrations (> 20 % v/v). This is not the case for ELM process: if the emulsion was stable, the extraction was quantitative within a few minutes with lower extractant concentrations, which made ELM process more environment-friendly. By using agrodiluents to replace dodecane for more environmental-friendly processes, interesting results were obtained. In ELL, higher extraction yields were obtained with TBP diluted in ethylic esters of fatty acids. Even, in ELM, gallic acid was quantitatively extracted without TBP.

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: Antonio Jose de Almeida Meirelles, Christianne Elisabete da Costa Rodrigues / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-08T12:11:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sa_LeticiaAndradede_M.pdf: 1111674 bytes, checksum: 4740d77e5f31018175a3214d8d9ef4da (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: O processo de desacidificação do óleo de soja por extração líquido-líquido (ELL) foi estudado em uma coluna de discos rotativos perfurados (PRDC), operada de modo contínuo e contra-corrente. Foram estudados sistemas-modelo formados por óleo de soja refinado com adição artificial de aproximadamente 2% de ácido linoléico comercial. Até o momento, os estudos de desacidificação de óleos vegetais por ELL realizados no Laboratório de Extração, Termodinâmica Aplicada e Equilíbrio (ExTrAE) haviam sido feitos com óleos que apresentavam teores mais altos de acidez (3 a 8%). O diferencial deste trabalho está no fato de o óleo de soja bruto apresentar baixa acidez (cerca de 2%). Outro diferencial foi a utilização de temperatura superior (50 °C) à ambiente e teor mais elevado de água no solvente, permitindo diminuir a perda de óleo neutro sem uma diminuição significativa da capacidade de o solvente extrair os ácidos graxos livres. Os experimentos foram analisados por metodologia de superfície de resposta, que permitiu avaliar a influência do teor de água no etanol (0 a 12% em massa) e da velocidade de rotação dos discos (50 a 150 rpm) na transferência de acidez e na perda de óleo neutro. Os resultados experimentais mostraram que é possível obter um óleo refinado com teor de acidez abaixo do exigido pela legislação (< 0,3%) quando se utiliza etanol anidro. Entretanto, para se atingir este objetivo utilizando altos teores de água no solvente, deve-se aumentar a altura da região de extração da coluna para transferir maior quantidade de ácidos graxos livres e para que a perda de óleo neutro seja no máximo 3%, inferior ao valor das perdas relatadas na literatura para o refino químico / Abstract: The deacidification process of soybean oil by continuous liquid-liquid extraction (LLE) was evaluated in a perforated rotating discs contactor column (PRDC). It were studied model-systems formed by refined soybean oil with artificial addition of approximately 2% of commercial linoleic acid. Until the moment, the studies of vegetable oils deacidification by LLE accomplished in the Laboratory of Extraction, Applied Thermodynamic and Equilibrium (ExTrAE) had been carried out with oils that presented higher acidity (3 to 8%). The differential of this work is in the fact that the crude soybean oil has low acidity level. Another differential was the use of a temperature (50 °C) higher than the environment and higher water contents in the solvent, allowing to reduce the loss of neutral oil without a significant reduction of the capacity of the solvent to extract the free fatty acids. The experiments were analyzed by response surface methodology, that allowed to evaluate the influence of the water in the ethanol (0 to 12% in mass) and the rotating speed of the discs (50 to 150 rpm) in the acidity transfer and on the loss of neutral oil. The experimental results showed that it is possible to obtain a refined oil with low acidity, below the required by legislation (< 0.3%) when anhydrous ethanol is used. However to reach this objective using high contents of water in the solvent, the height of the extraction region of the column must be increased to transfer greater to amount of free fatty acids and so that the loss of neutral oil is low (maximum 3%), less than the value of losses related in literature for the chemical refining / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador: Elias Basile Tambourgi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-15T00:12:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Elias_MoacyrJorge_D.pdf: 3281919 bytes, checksum: a06d734eab8439e1da9e683c7b3eb667 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A bromelina, enzima presente no abacaxi, hidrolisa ligações peptídicas das proteínas; tem aplicação em diversas áreas envolvendo alimentos, medicina e nutrição animal. No abacaxi a bromelina está presente no talo, na polpa e na casca do fruto. Visando avaliar a bromelina presente no fruto brasileiro Ananás comosus L. Merril, variedade pérola, enfocando seu aproveitamento quando recuperada a partir dos resíduos da industrialização, foram pesquisadas, em comparação com a bromelina pura, condições de pH e temperatura para maior atividade, estabilidade térmica ao longo do tempo em várias temperaturas e a cinética da sua atividade catalítica, empregando caseína como substrato. O extrato foi obtido pela trituração da casca e do talo interno do fruto e a reação de hidrólise, com pH controlado, efetuada em reator com 75 mL de volume útil sob constante agitação. Após a reação foi retirada amostra, adicionada em tubo contendo ácido tricloroacético e centrifugado, analisando a absorbância do sobrenadante. Atividade e a cinética foram expressas em mmol tirosina / L.minuto pela absorbância a 280 nm dos aminoácidos aromáticos gerados na hidrólise da caseína. Foram empregadas três relações enzima / substrato (em massa): 1 / 25, 1 / 50 e 1 / 125 para os ensaios relativos ao planejamento experimental em estrela tendo como ponto central pH em 7,0 e temperatura de 35 °C, os resultados foram tratados fornecendo as equações do modelo e as superfícies de resposta; as equações foram tratadas matematicamente fornecendo gráficos da melhor atividade em função da temperatura; os resultados do planejamento experimental mostraram similaridade entre a bromelina dos resíduos do fruto e a bromelina pura tomada como padrão. Para a estabilidade térmica os ensaios foram efetuados determinando a atividade para a relação 1 / 25 sob temperaturas variando entre 25 °C e 62 °C ao longo de 180 minutos com duas faixas de pH: a de melhor atividade definida no planejamento experimental (5,5 a 6,5) e entre 3,3 e 3,5; os resultados foram tratados analisando o gráfico da atividade em função do tempo mostrando que o modelo de ordem um é adequado para descrever a inativação térmica da enzima e que ela ocorre de maneira mais acentuada na faixa de pH 3,3 a 3,5 com valor do fator de freqüência k0 (minuto-1) 2,5 x1032 vezes maior para o extrato. Os ensaios para determinar a cinética da atividade catalítica da bromelina sobre a caseína foram efetuados a temperatura constante de 35 °C e pH de máxima atividade definido no planejamento experimental para cada uma das três relações enzima / substrato estudadas; foram elaboradas as curvas da concentração de aminoácidos formados ao longo do tempo (zero a 15 minutos) e os resultados tratados calculando a derivada das curvas no tempo zero (velocidade inicial); o modelo de Michaelis - Menten mostrou ser adequado para descrever o mecanismo de hidrólise da caseína pela bromelina e os resultados indicam que os valores da velocidade máxima (Vmax) e da constante de Michaelis (Km) são maiores para o extrato dos resíduos do fruto do que para a bromelina pura. / Abstract: The bromelain, enzyme found in pineapple, hydrolyses peptide protein bonds; there is application in several areas involving food, medicine and animal nutrition. In pineapple the bromelain is present in the flesh, skin and core of the fruit. Aiming to evaluate the bromelain present in Brazilian fruit Ananas comosus L. Merril, pérola type, focusing its use from industrialization residues recovering, it was searched, comparing with pure bromelain, pH conditions and temperature for higher activity, thermal stability along the time under several temperatures and the kinetics of its catalytic activity, using casein as a substrate. The extract was obtained crushing the skin and core of the fruit and the hydrolysis reaction, with controlled pH, done in a 75 mL net volume reactor under constant stirring. After reaction a sample was taken, added to a tube with tri chloroacetic acid and centrifuged, analyzing the supernatant absorbance. Activity and kinetics were expressed as mmol of tyrosine / L.min from absorbance at 280 nm of aromatic amino acids generated by casein hydrolysis. Three enzyme / substrate ratio were employed (weight basis):1 / 25, 1 / 50 and 1 / 125 for star type experimental design assays with central point at 7.0 for pH and at 35 °C for temperature, the results were processed giving the model equation and surface responses, the equations were mathematically treated giving graphics of best activity as a function of temperature; the experimental design results showed similarity between bromelain from fruit residues and pure bromelain taken as reference. The assays for thermal stability were carried out by activity determination for 1 / 25 ratio under temperatures varying from 25 °C and 62 °C during 180 minutes for two pH ranges: that for best activity defined from experimental design (5.5 to 6.5) and between 3.3 to 3.5; the results were treated by the analysis of the graphics of activity as a function of time showing that the order one model is adequate to describe the enzyme thermal inactivation and that it is stronger at pH range of 3.3 to 3.5 with values of frequency factor k0 (minute-1) 2.5 x1032 times bigger for the extract.The assays to determine the kinetics of bromelain catalytic activity on casein were carried out at constant temperature of 35 °C and pH of maximum activity defined by experimental design for each one of the three studied enzyme / substrate ratio; curves were built for the concentration of formed amino acids along the time (from zero to 15 minutes) and the results treated calculating the curves derivative at time zero (initial rate); the Michaelis - Menten model showed to be adequate to describe the casein hydrolysis mechanism of casein by bromelain and the results indicate that the maximum reaction rate (Vmax) values and the Michaelis constant (Km) values are bigger for the fruit residues extract than that for pure bromelain. / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Elias Basile Tambourgi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-15T00:05:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Barros_KleberVanioGomes_M.pdf: 726082 bytes, checksum: f7ee21d9c4e2a18b7c38d3e3a1baccd2 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O curauá (Ananas erectifolius) é uma planta fibrosa proveniente da Amazônia brasileira, pertencente à família Bromeliaceae e ao gênero Ananas. A bromelina é uma protease de origem vegetal, obtida de diversas espécies da família Bromeliaceae. A bromelina tem utilização bastante difundida em processos industriais nas áreas alimentícia e farmacêutica. Efeitos antiinflamatórios da enzima, como também, o seu uso no tratamento da angina, na indigestão entre outros, estão documentados na literatura científica. Estudos de métodos para purificação de biomoléculas que viabilizem a sua obtenção em larga escala com custo reduzido são importantes áreas de pesquisa na biotecnologia. A extração líquido-líquido através de sistemas bifásicos aquosos (SBA) pode ser usada como técnica de pré-purificação de bioprodutos. Estes sistemas formam duas fases aquosas imiscíveis ou parcialmente miscíveis entre si. Podem ser formados a partir da mistura de dois polímeros ou de um polímero e um sal, a exemplo do sistema PEG (polietilenoglicol)/fosfato de potássio. Foi estudada a enzima bromelina derivada das folhas de ambas as variedades: curauá branco e curauá roxo. Pesquisou-se também a recuperação da enzima 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. Obteve-se fatores de purificação da enzima bromelina para o sistema fosfato de potássio e polietileno glicol 4000 e 6000, nos pH de 7,0; 8,0 e 9,0 a 25 °C. Estudou-se a partição em três diferentes "tie-lines". Analisou-se a influência do pH e do comprimento das linhas de amarração no coeficiente de partição da enzima. Na purificação da bromelina derivada das folhas do curauá branco, observou-se os melhores resultados no sistema bifásico aquoso PEG 4000/Fosfato em pH 7,0. Observou-se que o sistema PEG 6000/Fosfato em pH 7,0 apresentou os melhores resultados em relação à purificação da enzima bromelina derivada das folhas do curauá roxo. / Abstract: The curauá (Ananas erectifolius) is a fibrous plant from brazilian Amazon, belonging to the Bromeliaceae family and Ananas genus. Bromelain is a protease from vegetable origin, obtained from several species of this family. The bromelain has widespread use in industries process, such as in food and pharmaceutical areas. Antiinflammatory effects enzyme and also it uses in angina treatment, indigestion among others are documented in scientific literature. Methods' studies to purification of biomolecules that allow their achievement in large scale with low cost are important research's areas in biotechnology. The liquid-liquid extraction through aqueous twophase system (ATPS) can be used as technical of pre-purification of bioproduct. These systems form aqueous two-phase immiscible or partially miscible within themselves. They can be obtained by the addition of two polymers or one polymer and a salt, such as the PEG - poly(ethyleneglycol) - and potassium phosphate salt system. In the present report we characterized the bromelain enzyme that comes from the leaves of white curauá and purple curauá, and also investigated the recuperation of the enzyme by liquid-liquid extraction in aqueous two-phases PEG-phosphate systems (ATPS). The assays to extraction and recovery of the enzyme were carried out in batch mode, using the partition coefficient as indicator. Getting to factors purification of the enzyme bromelin to PEG 4000 and 6000 and potassium phosphate salt in ATPS, at pH 7.0, 8.0 and 9.0 at 25 ºC. We studied the partition through three different tie-lines. The influences of pH and tie-line length in partition coefficient of enzyme were analyzed. In the purification of bromelain derived from the leaves of white curauá, we observed the best results in PEG 4000/phosphate ATPS at pH 7.0. Furthermore, the system PEG 6000/phosphate at pH 7.0 showed the best results in relation to the purification of the enzyme bromelain derived from the leaves of purple curauá. / 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

A geração global de resíduo eletrônico (REEE) cresce a uma taxa de cerca de 40 milhões de toneladas por ano. Este constante incremento na geração dos REEEs somado às recentes legislações tem impulsionado pesquisas focadas no desenvolvimento de processos para recuperação de materiais e sustentabilidade da indústria eletroeletrônica. Dentro destes resíduos encontram-se as placas de circuito impresso (PCIs) que estão presentes na maioria dos EEEs, têm composição heterogênea que varia conforme a fonte, país de proveniência e época, e tecnologia de fabricação. Assim, este trabalho teve por objetivo a realização de rota hidrometalúrgica (extração sólido/líquido) e biohidrometalúrgica para reciclagem de placas de circuito impresso provenientes de impressoras visando a recuperação de cobre. Para tanto fez-se inicialmente a caracterização da PCI e o desenvolvimento de uma rota combinada de processamento físico seguida por processo hidrometalúrgico ou biohidrometalúrgico. O processamento físico e de caracterização foi composto por etapas de cominuição, separação magnética, classificação granulométrica, visualização em lupa binocular, microscópio eletrônico de varredura acoplado com detector de energia dispersiva de raios X (MEV/EDS), digestão ácida, perda ao fogo e análise química por AAS e ICP. Já, o processamento hidrometalúrgico foi composto por duas etapas de extração sólido/líquido: a primeira em meio sulfúrico e a segunda em meio sulfúrico oxidante. Para os ensaios de biolixiviação utilizou-se uma cepa bacteriana composta por 3 espécies microbianas: Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidithiobacillus thiooxidans e Leptospirillum ferrooxidans. Verificou-se que a placa possui 4 camadas de Cu intercaladas por fibra de vidro, é lead free e seus componentes representam 53,3 % do seu peso. A porcentagem em massa correspondente ao material não magnético é de 74,6 % e do magnético 25,4 %. Os materiais moído e não magnético apresentaram tendência em se acumular nas frações mais grossas. Já na fração magnética, o acúmulo do material ocorreu na fração mais fina (0,053 mm). A separação dos metais através de classificação granulométrica não foi possível. A PCI estudada é composta por: 44% de metais, 28,5 % de polímeros e 27,5 % de cerâmicas. Sendo: Ag-0,31 %; Al3,73 %; Au0,004 %; Cu 32,5 %; Fe1,42 %; Ni0,34 %; Sn0,96 % e Zn0,64 %. A extração de Cu no processamento hidrometalúrgico foi de 100 % e o fator de recuperação 98,46 %, o que corresponde a uma recuperação de 32 kg de Cu em 100 kg de PCI. Já no processamento biohidrometalúrgico, a extração de Cu alcança 100 % quando utilizados 2 % de densidade de polpa e 100 % de inóculo. O fator de recuperação é de 100 % e a recuperação de Cu em 100 kg de PCI é de 32,5 kg. O processamento hidrometalúrgico apresenta como vantagens quando comparado ao biohidrometalúrgico: menor tempo de extração (8 h versus 4 dias); seletividade de Cu; maior densidade de polpa (10 % versus 2 %). Já a biolixiviação utiliza menor temperatura de trabalho (36 ºC versus 75 ºC) e dispensa a etapa de separação magnética. / The increase in the generation of waste electrical and electronic equipment (WEEE), 40 tons per year, allied with the enactment of new laws encouraged researches focused on the developing of processes to reclaim materials and on the sustainability of the electrical and electronics industry. Whithin the WEEEs, printed circuit boards (PCB) composition is heterogeneous and varies according to several factors, including: kind of EEE, when and where it was produced and fabrication technology. The goal of this work is to perfom a hydrometallurgical route (solid/liquid extraction) and a biohydrometallurgical route to recycle PCB from discarded printers aiming the recovery of copper. To do so, the first step is to characterize the PCB and the development of a combined fisical processing followed by hydrometallurgical and biohydrometallurgical routes. The fisical and the characterization processes, in that order, consisted on griding, magnetic separation, granulometric screening, visual assessement by binocular magnifier, scanning electron microscopy with energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM/EDS), acid digestion, loss on fire, and chemical analyzes by AAS and ACP-OES. The hydrometallurgical stage consisted on two steps: solid/liquid extraction by sulfuric acid leaching and solid/liquid extraction by sulfuric acid leaching with an oxidizing agent. The bioleaching tests used a mixed bacterial strain: Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidithiobacillus thiooxidans and Leptospirillum ferrooxidans. The results showed that PCB consisted on 4 layers of copper and fiber glass, not possesing lead (leadfree) on its composition and its components constitute 53.3 % weight percentage. The non-magnetic fraction (NMA) weight percentage represents 74.6 %, the magnetc fraction (MA) represents 25.4 %. The grinded material and the non-magnetic fraction presented an inclination to build up on thickest fractions. On the magnetic fraction this behavior occurred on the thinnest fraction (0.053 mm). The metal separation using granulometric screening was not possible and the visual assessement by binocular magnifier was conclusive for this research. The composition of the studied PCB is: 44 % metal, 28.5 % polymer and 27.5 % ceramics. Beeing: Ag-0.31 %, Al-3.73 %, Au-0.004 %, Cu-32.5 %, Fe-1.42 %, Ni-0.34 %, Sn-0.96 %, Zn-0.64 % and other metals-4.10 %. Copper extraction in the hydrometallurgical process achieved 100 % and the recuperation factor 98.46 %, which means a recovery of 32 kg of copper in 100 kg of PCB. However in biohydrometallurgical process, the copper extraction reached 100 % on the forth day using a 2 % pulp density and 100 % inoculum. The recuperation factor achieved 100 % and, therefore, copper recovery in 100 kg of PCB is equivalent to 32.5 kg. The hydrometallurgical processing has many advantages compared to the biohydrometallurgical processing: a smaller extraction time (8 h versus 4 days); Cu selectivity; higher pulp density (10 % versus 2 %). However, bioleaching uses an inferior working temperature (36 ºC versus 75 ºC) and dont require magnetic separation.

Orientador: Julian Martinez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-24T23:53:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Machado_AnaPauladaFonseca_M.pdf: 16373539 bytes, checksum: f53317f4e6ab35edd8a0c99170b4a457 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A amora-preta é um fruto rico em compostos fenólicos, com destaque para os pigmentos antociânicos. Além do consumo in natura, a amora-preta é utilizada industrialmente na fabricação de sucos e derivados. Entretanto, este processamento gera cerca de 10 % de resíduos sólidos que contêm ainda uma grande porcentagem de fitoquímicos do fruto. Visando ao aproveitamento desse subproduto, o objetivo desse trabalho foi obter extratos ricos em seus principais compostos bioativos, os polifenóis, empregando a técnica limpa de extração com líquido pressurizado (PLE). Para isso, primeiramente, o bagaço da polpa da amora-preta foi caracterizado quanto ao teor de fenólicos totais (FT), antocianinas monoméricas (AM), atividade antioxidante (AA), pH, sólidos solúveis totais (SS) e composição centesimal. Em seguida, foram realizadas PLE¿s usando 3 temperaturas (60, 80 e 100 ºC) e 4 diferentes solventes (água, água acidificada a pH 2,5, etanol e mistura de etanol e água 50 %), resultando em 12 diferentes ensaios. Nos processos de extração por PLE foram fixados a pressão (75 bar), a razão S/F (18,0), o tempo de corrida (30 min) e a massa de matéria-prima (5,0 g). Posteriormente, foram identificadas as antocianinas majoritárias e minoritárias nos extratos subcríticos por cromatografia líquida de ultra performance (UPLC-QToF-MS). Além da técnica PLE, realizou-se a técnica clássica de extração Soxhlet juntamente com a maceração, com o intuito de comparar os resultados obtidos por estas com os obtidos na melhor condição de PLE. Ainda na melhor condição de extração por PLE foi realizada a cinética de extração em três diferentes vazões de solvente (1,67; 3,35 e 6,70 mL/min). Os extratos obtidos pelas diferentes técnicas foram avaliados em termos do rendimento global (X0), FT, AM e AA. A caracterização da matéria-prima mostrou que a mesma é altamente rica em proteínas, carboidratos, fibras e compostos bioativos (polifenóis), constituindo-se em uma boa fonte calórica e alimentícia, o que possibilita sua potencial aplicação na indústria alimentícia. Em geral, observou-se que o aumento da temperatura de 60 para 100 ºC resultou em melhores valores das variáveis respostas, com exceção da AM, em que se observou uma leve diminuição. A análise por UPLC-QToF-MS mostrou que as antocianinas presentes em maior quantidade no resíduo são a cianidina-3-glicosídeo e a cianidina-3-rutinosídeo e as minoritárias são a cianidina-3-malonil-glicosídeo e a cianidina-3-dioxalil-glicosídeo. A condição que se considerou como a melhor foi a que utilizou a mistura hidroetanólica como solvente de extração, na temperatura de 100 ºC. As variáveis respostas nesta condição obtiveram os seguintes valores: FT = 7,36 EAG/g resíduo fresco (RF), AM = 1,02 EC3G/g RF, DPPH = 76,03 ET/g RF, ABTS = 68,28 ET/g RF e X0 = 6,33 %. Comparando estes valores com os obtidos pelas técnicas convencionais (Soxhlet e maceração), em geral estes foram maiores. Os estudos dos parâmetros cinéticos indicam que vazões baixas são mais interessantes de se trabalhar quando se emprega mistura hidroetanólica em altas temperaturas (100 ºC) via procedimento PLE. Diante de tudo isso, pode-se concluir que a técnica PLE pode ser uma alternativa promissora na extração de compostos antioxidantes / Abstract: Blackberry is a fruit rich in phenolic compounds, especially in anthocyanins. Besides its consumption as fresh fruit, blackberry is used industrially in the manufacture of juices and derivatives. However, this process generates about 10 % of solid residue, which still contains a large amount of phytochemicals. In order to add value to these wastes, the aim of this study was to obtain extracts rich in blackberry¿s major bioactive compounds, such as polyphenols, by employing the clean technique of pressurized liquid extraction (PLE). First, bagasse pulp of blackberry was characterized with respect to total phenolic content (PC), monomeric anthocyanins (MA), antioxidant activity (AA), pH, total soluble solids (SS) and chemical composition. Then, PLEs were carried out using three temperatures (60, 80 and 100 °C) and 4 different solvents (water, acidified water with pH 2.5, ethanol and a mixture of ethanol and water 50%), resulting in 12 different assays. In the extraction processes by PLE some parameters were fixed: pressure (75 bar), ratio S/F (18.0 g solvent/g fresh residue), running time (30 min) and mass of raw material (5.0 g). Subsequently, the major and minor anthocyanins were identified in subcritical extracts by Ultra performance liquid chromatography (UPLC-QTOF-MS). Besides PLE, classical Soxhlet extraction technique and maceration were performed in order to compare the results with those obtained in the best condition of PLE. Also, at the best conditions of PLE, extraction kinetics were determined at three different flow rates (1.67, 3.35 and 6.70 mL/min). The extracts obtained by the different techniques were evaluated in terms of global yield (X0), PC, MA and AA. The characterization of the raw material showed that it is highly rich in protein, carbohydrates, fiber and bioactive compounds (polyphenols). Thus, blackberry is a good and caloric food source, which enables its potential application in the food industry. In general, it was observed that the increase of temperature from 60 to 100 °C resulted in better values for the response variables, except for the MA, in which a slight decrease was observed. The analysis by UPLC-QToF-MS showed that cyanidin-3-glucoside and cyanidin-3-rutinoside are the major anthocyanins present in blackberry residues. Cyanidin-3-glucoside and cyanidin-malonyl-3-dioxalil-glucoside are the anthocyanins present in lower levels. The condition that was considered the best of all tested in the present work was the one that used hydroethanolic mixture as the extraction solvent, at a temperature of 100 ºC. The values of the response variables in this condition were: PC = 7.36 EAG/g fresh residue (FR), MA = 1.02 EC3G/g (RF), DPPH = 76.03 TE/g FR, ABTS = 68.28 TE/g FR and X0 = 6.33 %. Comparing these values with those obtained by conventional techniques (Soxhlet and maceration), they were generally higher. Studies of the kinetic parameters indicated that is more interesting to work with low flow rates when employing hydroethanolic mixture at high temperatures (100 °C) via PLE procedure. Therefore, the PLE technique may be a promising alternative for the extraction of antioxidants from food matrices / Mestrado / Engenharia de Alimentos / Mestra em Engenharia de Alimentos

Countercurrent chromatography (CCC) is an advanced liquid-liquid extraction technique that purifies chemical components from complex mixtures. The Brunel CCC' is a J-type centrifuge based upon this technique. This machine can process 5g quantities of sample every 5 hours [Sutherland 1998]. To process 1 tonne of sample per year would require 200 Brunel CCCs, which is not practical as an industrial process. A practical alternative is to use one machine with 200 times the processing capability. To construct such a machine requires a greater understanding of the stationary phase retention inside a coil (column) and the column efficiency (mass transfer between the mobile and stationary phases). This thesis contains research into stationary phase retention. A hypothesis that all J-type centrifuges act as constant pressure drop pumps is proposed. This hypothesis combined with the Hagan-Poiseuille equation for laminar flow produces a theoretical basis for plotting the stationary phase retention against the square root of the mobile phase flow rate as proposed by Du et al [1999]. Supporting experimental evidence is presented showing that the mobile phase flows in a laminar manner and that the pressure drop across a coil is constant for a given set of operating conditions. It is shown that the pressure drop is the same in both normal and reverse phase modes if specific conditions are met. The pressure drop is shown to be independent of tubing bore for helical coils provided that the same helical pitch is used. The experimental results also show how the pressure drop varies with the phase system and rotational speed. Hopefully this is a significant advance in predicting the stationary phase retention of industrial scale J-type centrifuges.