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Drought causes considerable reduction of legume productivity and significantly threatens the food security, and this situation is expected to be aggravated due to climate change. In soybean and common bean, water resource capturing through plant root architectural plasticity and the role of symbiotic nitrogen fixation have not been investigated in greater detail yet. This study was therefore conducted to identify and apply useful morphological and physiological performance markers (traits) for selection of drought-tolerant common bean and soybean cultivars under both controlled phytotron and field conditions that might be applicable as markers in future legume breeding programs. In soybean, traits related to above ground performance, such as photosynthesis, biomasses, and stomatal conductance, were related to parameters for nitrogen acquisition in nodules. The ability to maintain vigorous shoot growth under drought-induced nitrogen limitation was identified as an important trait that can be used to select for improved drought tolerance. Further, experiments carried out growing different common bean inbred lines under controlled phytotron conditions revealed the importance of growth and gas exchange parameters as well as nitrogen fixing ability as performance markers to select superior performing bean lines for growth under drought. As a further result, the strong association of symbiotic nitrogen fixation with CO2 assimilation and stomatal conductance was also ascertained. In field experiments the effective use of water through enhanced lateral root development and maintaining the water status of the plant was found to be crucial for enhanced productivity under drought, with root morphology traits (root length, area and volume) as well as root architectural traits (first whorl angle, basal root number and adventitious root branching density) significantly related to seed yield. Measurement of these traits might be added to future bean varietal improvement programs. Further, a direct relationship between both water use efficiency (WUE) estimated using carbon isotope discrimination (CID) and nitrogen fixation (15N abundance) with root morphological and architectural traits (root length, area and volume, basal root number, 1st as well as 2nd whorl angles) was identified. CID (WUE) and 15N abundance (SNF ability) had a direct relationship with each other and also with productivity traits (seed yield and pod harvest index). Soybean field experiments verified the importance of root system architecture and morphology for providing drought tolerance with root architectural traits, tap and lateral roots (diameter and branching density) and morphological traits (root length, surface area and volume) contributing to better performance under drought. Moreover, the strong association of CID (WUE) with ä15N (SNF), root traits as well as seed yield in soybean exposed to drought was ascertained. Findings suggested that higher performance in CID under drought stress may be due to higher CO2 assimilation and better N2 fixation resulting in better root system architecture and morphology of the drought-tolerant cultivar through maintenance of the water status of the plant for efficient biological activity. Overall the study has generated new knowledge about the use of physiological markers (traits) that can be used widely for legume evaluation under drought suitable for both phytotron and field studies. / Thesis (PhD)--University of Pretoria, 2012. / Plant Science / unrestricted

The goal of this thesis was to design thermally responsive polyol resins that would be compatible with isocyanates. Two approaches were made to reach this goal, the first involved functionalizing soybean oil and the second involved post-polymerization modification of a methacrylate based resin. A soybean based coating with thermally responsive Diels-Alder linkages has been prepared following an automotive two-component formulation. The resulting coatings displayed the capability to be healed following physical deformation by a thermal stimulus, and such a material has significant potential for end users. Various curing agents were employed, and resulted in variation of scratch resistance and re-healablity. Different thermally responsive soybean resins were synthesized to have varying amounts of reversible and nonreversible linkages when incorporated into the coating. Additionally, different isocyanates were added at differing ratios of NCO:OH in search of the optimum coating. It was found through the analysis of re-healabilty, hardness, gloss, and adhesion that the optimal combination was an acetylated resin (no irreversible crosslinks) with 54% reversible Diels Alder linkages at an NCO:OH ratio of 5:1 using isophorone diiscocyanate. Materials were evaluated via differential scanning calorimetry (DSC), scratch resistance, Koenig hardness, gloss measurements, and topographical analysis. In the second project, copolymerization of methyl methacrylate and 2-isocyanatoethyl methacrylate via free radical polymerization was done to synthesize a polymer with pendant isocyanates. The isocyanate was used as a chemical handle to incorporate Diels-Alder linkages into the PMMA resin. The PMMA resin with Diels-Alder linkages was successfully synthesized and incorporated into a polyurethane gel as proven via 1H NMR and IR. The gel showed thermal reversibility at 120°C due to retro-DA reaction via DSC as well as thermally reversible bulk properties.

O emprego de óleos vegetais como combustível em motores ciclo diesel tem se demonstrado viável após diversos estudos de desempenho já desenvolvidos em diversos motores e configurações, porém apresentando algumas restrições quanto ao seu uso contínuo, dentre as quais se destacam a ocorrência de quebras do motor devido ao excesso de carbonização no cabeçote. No Brasil, a abundância de óleos de origem vegetal constitui um incentivo para a realização de estudos visando ao aproveitamento desses combustíveis alternativos, neste contexto, este trabalho apresenta um estudo das características macroestruturais da formação de sprays de óleo vegetal de soja in natura em um atomizador utilizado em motores diesel em condições de pressão semelhantes às de um motor. Para isso foi montada uma bancada que é constituída de uma câmara pressurizada projetada e fabricada para simular as mesmas condições de massa específica do ar obtidas dentro da câmara de combustão do motor ciclo diesel no instante do início da injeção do combustível. Também é dotada de um sistema de injeção de combustível projetado para que as pressões de funcionamento do conjunto porta injetor mecânico utilizado fosse atingido. O registro da formação do spray é realizado por meio de uma câmara de alta velocidade e alta taxa de aquisição de imagens, como o qual é possível avaliar o comportamento dos jatos de óleo de soja e óleo diesel quanto a distância de quebra, penetração da ponta, velocidade e ângulo de abertura de spray. Das propriedades físico-químicas do óleo vegetal de soja, a que mais se destaca com relação às propriedades do óleo diesel é a viscosidade, que para os líquidos utilizados nesse trabalho foi verificado que é aproximadamente 15 vezes maior que a viscosidade do óleo diesel. Essa grande diferença nas mesmas condições de temperatura produziram resultados de atomização bem distinta entre os líquidos e verifica-se a necessidade de modificação de mais parâmetros do que somente a densidade do gás para que a atomização seja mais próxima do óleo diesel e o óleo vegetal in natura possa ser utilizado nos motores, pois os regimes de atomização observados condizem com o previsto considerando as propriedades dos dois óleos nas condições testadas. / The use of vegetable oils as fuel in diesel engines has proven to be viable after several performance studies already developed in several engines and settings, but presenting some restrictions on its continued use, among which stand out the occurrence of engine failures due to over-charred on the head. In Brazil, plenty of vegetable oils is an incentive to carry out studies for the use of these alternative fuels, in this context, this work presents a study of macro-structural characteristics of the formation of vegetable oil sprays soy in kind in an atomizer used in diesel engines into pressure conditions similar to those of an engine. To this it was mounted on a stand which consists of a pressure chamber designed and manufactured to simulate the same conditions of air density obtained within the combustion chamber of the diesel engine cycle at the time of start of fuel injection. It is also equipped with a fuel injection system designed for operating pressures of the whole mechanical door gun used was reached. The record of the formation of the spray is carried out by means of a camera high speed and high rate of image acquisition, as which it is possible to evaluate the behavior of soybean oil jets and diesel oil as the distance break, tip penetration , speed and spray opening angle. From the physico-chemical properties of vegetable soybean oil, which excels in respect of diesel fuel properties is viscosity, as for liquids used in this work was found that it is approximately 15 times greater than the viscosity of diesel oil. This great difference in the same conditions of temperature produced very different atomization results between the liquid and there is a need for more parameters change than just the density of the gas for atomization is closer to diesel oil and vegetable oil in nature can be used in engines, because atomization schemes observed consistent with the expected considering the properties of both oils under the conditions tested.

O emprego de óleos vegetais como combustível em motores ciclo diesel tem se demonstrado viável após diversos estudos de desempenho já desenvolvidos em diversos motores e configurações, porém apresentando algumas restrições quanto ao seu uso contínuo, dentre as quais se destacam a ocorrência de quebras do motor devido ao excesso de carbonização no cabeçote. No Brasil, a abundância de óleos de origem vegetal constitui um incentivo para a realização de estudos visando ao aproveitamento desses combustíveis alternativos, neste contexto, este trabalho apresenta um estudo das características macroestruturais da formação de sprays de óleo vegetal de soja in natura em um atomizador utilizado em motores diesel em condições de pressão semelhantes às de um motor. Para isso foi montada uma bancada que é constituída de uma câmara pressurizada projetada e fabricada para simular as mesmas condições de massa específica do ar obtidas dentro da câmara de combustão do motor ciclo diesel no instante do início da injeção do combustível. Também é dotada de um sistema de injeção de combustível projetado para que as pressões de funcionamento do conjunto porta injetor mecânico utilizado fosse atingido. O registro da formação do spray é realizado por meio de uma câmara de alta velocidade e alta taxa de aquisição de imagens, como o qual é possível avaliar o comportamento dos jatos de óleo de soja e óleo diesel quanto a distância de quebra, penetração da ponta, velocidade e ângulo de abertura de spray. Das propriedades físico-químicas do óleo vegetal de soja, a que mais se destaca com relação às propriedades do óleo diesel é a viscosidade, que para os líquidos utilizados nesse trabalho foi verificado que é aproximadamente 15 vezes maior que a viscosidade do óleo diesel. Essa grande diferença nas mesmas condições de temperatura produziram resultados de atomização bem distinta entre os líquidos e verifica-se a necessidade de modificação de mais parâmetros do que somente a densidade do gás para que a atomização seja mais próxima do óleo diesel e o óleo vegetal in natura possa ser utilizado nos motores, pois os regimes de atomização observados condizem com o previsto considerando as propriedades dos dois óleos nas condições testadas. / The use of vegetable oils as fuel in diesel engines has proven to be viable after several performance studies already developed in several engines and settings, but presenting some restrictions on its continued use, among which stand out the occurrence of engine failures due to over-charred on the head. In Brazil, plenty of vegetable oils is an incentive to carry out studies for the use of these alternative fuels, in this context, this work presents a study of macro-structural characteristics of the formation of vegetable oil sprays soy in kind in an atomizer used in diesel engines into pressure conditions similar to those of an engine. To this it was mounted on a stand which consists of a pressure chamber designed and manufactured to simulate the same conditions of air density obtained within the combustion chamber of the diesel engine cycle at the time of start of fuel injection. It is also equipped with a fuel injection system designed for operating pressures of the whole mechanical door gun used was reached. The record of the formation of the spray is carried out by means of a camera high speed and high rate of image acquisition, as which it is possible to evaluate the behavior of soybean oil jets and diesel oil as the distance break, tip penetration , speed and spray opening angle. From the physico-chemical properties of vegetable soybean oil, which excels in respect of diesel fuel properties is viscosity, as for liquids used in this work was found that it is approximately 15 times greater than the viscosity of diesel oil. This great difference in the same conditions of temperature produced very different atomization results between the liquid and there is a need for more parameters change than just the density of the gas for atomization is closer to diesel oil and vegetable oil in nature can be used in engines, because atomization schemes observed consistent with the expected considering the properties of both oils under the conditions tested.

O emprego de óleos vegetais como combustível em motores ciclo diesel tem se demonstrado viável após diversos estudos de desempenho já desenvolvidos em diversos motores e configurações, porém apresentando algumas restrições quanto ao seu uso contínuo, dentre as quais se destacam a ocorrência de quebras do motor devido ao excesso de carbonização no cabeçote. No Brasil, a abundância de óleos de origem vegetal constitui um incentivo para a realização de estudos visando ao aproveitamento desses combustíveis alternativos, neste contexto, este trabalho apresenta um estudo das características macroestruturais da formação de sprays de óleo vegetal de soja in natura em um atomizador utilizado em motores diesel em condições de pressão semelhantes às de um motor. Para isso foi montada uma bancada que é constituída de uma câmara pressurizada projetada e fabricada para simular as mesmas condições de massa específica do ar obtidas dentro da câmara de combustão do motor ciclo diesel no instante do início da injeção do combustível. Também é dotada de um sistema de injeção de combustível projetado para que as pressões de funcionamento do conjunto porta injetor mecânico utilizado fosse atingido. O registro da formação do spray é realizado por meio de uma câmara de alta velocidade e alta taxa de aquisição de imagens, como o qual é possível avaliar o comportamento dos jatos de óleo de soja e óleo diesel quanto a distância de quebra, penetração da ponta, velocidade e ângulo de abertura de spray. Das propriedades físico-químicas do óleo vegetal de soja, a que mais se destaca com relação às propriedades do óleo diesel é a viscosidade, que para os líquidos utilizados nesse trabalho foi verificado que é aproximadamente 15 vezes maior que a viscosidade do óleo diesel. Essa grande diferença nas mesmas condições de temperatura produziram resultados de atomização bem distinta entre os líquidos e verifica-se a necessidade de modificação de mais parâmetros do que somente a densidade do gás para que a atomização seja mais próxima do óleo diesel e o óleo vegetal in natura possa ser utilizado nos motores, pois os regimes de atomização observados condizem com o previsto considerando as propriedades dos dois óleos nas condições testadas. / The use of vegetable oils as fuel in diesel engines has proven to be viable after several performance studies already developed in several engines and settings, but presenting some restrictions on its continued use, among which stand out the occurrence of engine failures due to over-charred on the head. In Brazil, plenty of vegetable oils is an incentive to carry out studies for the use of these alternative fuels, in this context, this work presents a study of macro-structural characteristics of the formation of vegetable oil sprays soy in kind in an atomizer used in diesel engines into pressure conditions similar to those of an engine. To this it was mounted on a stand which consists of a pressure chamber designed and manufactured to simulate the same conditions of air density obtained within the combustion chamber of the diesel engine cycle at the time of start of fuel injection. It is also equipped with a fuel injection system designed for operating pressures of the whole mechanical door gun used was reached. The record of the formation of the spray is carried out by means of a camera high speed and high rate of image acquisition, as which it is possible to evaluate the behavior of soybean oil jets and diesel oil as the distance break, tip penetration , speed and spray opening angle. From the physico-chemical properties of vegetable soybean oil, which excels in respect of diesel fuel properties is viscosity, as for liquids used in this work was found that it is approximately 15 times greater than the viscosity of diesel oil. This great difference in the same conditions of temperature produced very different atomization results between the liquid and there is a need for more parameters change than just the density of the gas for atomization is closer to diesel oil and vegetable oil in nature can be used in engines, because atomization schemes observed consistent with the expected considering the properties of both oils under the conditions tested.

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de três fontes energéticas sobre a produção de metano em bovinos utilizando-se a técnica do gás traçador hexafluoreto de enxofre (SF6), sobre os parâmetros da fermentação ruminal, a digestibilidade aparente total e a excreção de nutrientes da dieta. Seis vacas (730 ± 70 kg) canuladas no rúmen foram utilizadas e distribuídas a três dietas, que diferiram quanto à fonte energética, seguindo-se delineamento experimental em quadrado latino 3x3 replicado (n= 18 unidades experimentais): Controle (CON): Dieta de baixo extrato etéreo (3,50% de EE); Soja (SOJ): Dieta de alto extrato etéreo (5,30% de EE) com inclusão de 15% de soja grão; e Polpa Cítrica (POL): Dieta de baixo extrato etéreo (3,00% de EE) e alta participação de pectina com inclusão de 15% de polpa cítrica. Cada período experimental foi constituído de 21 dias, sendo que, entre o dia 5 e o dia 15, 2 g do marcador óxido crômico por kg de MS de alimento consumido foi administrado via cânula ruminal, para determinação da digestibilidade aparente total da MS e suas frações, bem como da excreção dos nutrientes da dieta. O ensaio de digestibilidade foi constituído por duas fases, sendo os cinco primeiros dias para adaptação ao marcador e os cinco últimos para coleta de fezes. A excreção da MS e dos nutrientes, bem como a excreção de Nitrogênio, foi calculada a partir dos dados de coeficiente de digestibilidade da MS e suas frações. Para cada período experimental, os últimos 6 dias foram destinados para coleta de dados da produção de metano (CH4) e do consumo de matéria seca (CMS). No dia 21 coletou-se líquido ruminal para determinação da concentração de ácidos graxos de cadeia curta (AGCC), contagem total e diferencial de protozoários e pH ruminal, avaliados antes, 3, 6, 9 e 12 h após a alimentação matinal. As concentrações de CH4, SF4 e AGCC foram determinadas por cromatografia gasosa. O pH de cada amostra foi determinado com potenciômetro digital portátil e as contagens diferenciais dos protozoários foram avaliadas através de microscopia direta. Não houve diferenças significativas (P0,05) entre os tratamentos para o CMS expresso em quilograma por dia (kg/dia), porcentagem do peso vivo (% PV) ou por unidade de peso metabólico (g/kg de PV0, 75). Não houve efeito de fonte energética sobre o consumo de energia bruta (CEB), nem de fibra em detergente neutro (CFDN). O tratamento com grãos de soja reduziu (P<0,05) o consumo de proteína bruta (CPB), de extrativo não nitrogenado (CENN) e de matéria orgânica (CMO). O consumo de extrato etéreo (CEE) foi maior (P<0,05) para os animais que consumiram o tratamento com grãos de soja. Não foi observado efeito (P<0,05) de fonte energética para os coeficientes de digestibilidade da MS, PB, EB, FDN, EE, ENN ou MO. A digestibilidade da FDA foi mais elevada (P<0,05) para o tratamento com polpa cítrica, enquanto que o valor de NDT foi maior (P<0,05) para o tratamento com grãos de soja. Não houve diferenças significativas (P<0,05) entre os tratamentos para a excreção de energia bruta (ExEB), nem de fibra em detergente neutro (ExFDN). A excreção de MS, ENN e de MO foram menores (P<0,05) para o tratamento com grãos de soja. Todas as fontes energéticas testadas influenciaram (P<0,05) a excreção de proteína bruta (ExPB), diferindo todos os tratamentos entre si. As excreções de FDA e de EE foram mais elevadas (P<0,05) para o tratamento com grãos de soja. Houve efeito (P<0,05) de fonte energética para a excreção de nitrogênio, sendo mais elevada para o tratamento com polpa cítrica em relação ao tratamento com grãos de soja. A emissão de CH4 pelos bovinos foi de 286,22 a 344,22 g/d; 103,71 a 125,64 kg/ano; 17,41 a 22,03 g/kg de matéria seca ingerida; 5,17 a 6,58% da EB perdida na forma de metano e 3,77 a 4,53 Mcal/Ani/d. Não houve diferença significativa para as emissões de metano entre os tratamentos quando avaliadas a 5% de probabilidade. As fontes energéticas testadas não influenciaram (P<0,05) os valores de pH ruminal, a concentração média do ácido propiônico, nem a relação acético/propiônico. A concentração total de AGCC, a concentração de ácido acético, de ácido butírico, bem como a contagem total de protozoários, foram maiores (P<0,05) para o tratamento com polpa cítrica. Fonte alta em pectina, como a polpa cítrica, ou em ácidos graxos insaturados, como a soja grão, não prejudicaram a digestibilidade das dietas. Neste sentido, são indicadas como fontes de elevado potencial de utilização em dietas para bovinos. Entretanto, sua inclusão resultou em mudanças no ambiente ruminal pela alteração do perfil fermentativo, porém, não foi possível demostrar alterações na produção de metano. / The objective of this study was to evaluate the effect of three energy sources on methane production in cattle using the tracer sulfur hexafluoride technique (SF6) on rumen fermentation parameters, total apparent digestibility and excretion of nutrients of diet. Six cows (730 ± 70 kg) ruminally cannulated were used and allocated to three diets that differed in energy source, followed by the replicated 3x3 Latin square design (n = 18 experimental units): Control (CON): Low ether extract diet (3.50% EE); Soybean (SOJ): High ether extract diet (5.30% EE) with inclusion of 15% of soybean seeds; Citrus pulp (POL): Low ether extract (3.00% EE) and high pectin diet with inclusion of 15% of citrus pulp. Each experimental period consisted of 21 days. From day 5 to day 15, 2 g of the marker chromic oxide per kg DM of feed consumed were administered, through rumen cannula, to determine the apparent digestibility of total MS and its fractions as well as excretion of nutrients. Digestibility trial consisted of two phases: the first five days for marker adaptation and the last five for feces collection. The excretion of DM and nutrients, as well as, nitrogen excretion was calculated from digestibility data of DM and its fractions. For each experimental period, the last 6 days were used to collect data from methane (CH4) production and dry matter intake (DMI). At day 21, rumen fluid was collected for short chain fatty acids concentration determination (SCFA), total and differential counts of protozoa and ruminal pH measured before, 3, 6, 9 and 12 h after morning feeding. The concentrations of CH4, SF6 and SCFA were determined by gas chromatography. The pH of each sample was determined with a digital portable pH meter and differential counts of protozoa were evaluated by direct microscopy. There were no significant differences (P>0.05) among treatments for DMI expressed as kilograms per day (kg/day), percentage of body weight (% BW) or per unit of metabolic weight (g/kg PV0, 75). There was no effect of energy source on gross energy (GEI) or neutral detergent fiber (NDFI) intake. Soybeans treatment decreased (P<0.05) crude protein (CPI), nitrogen free extract (NFEI) and organic matter (OMI) intake. Ether extract (EEI) intake as higher lower (P <0.05) for cows fed the soy beans treatment. There was no effect (P<0.05) of energy source on digestibility coefficients of DM, CP, GE, NDF, EE, NFE or OM. The digestibility of ADF was higher (P<0.05) for citrus pulp treatment, while TDN value was higher (P<0.05) for soybeans treatment. There were no significant differences (P<0.05) among treatments for gross energy (GEEx) or neutral detergent fiber (NDFEx) excretion. The excretion of DM, NFE and OM were lower (P<0.05) for treatment with soybeans. All energy sources influenced (P<0.05) crude protein excretion (CPEx) and all treatments differed from each other. The excretions of ADF and EE were higher (P<0.05) for treatment with soybeans. A significant effect (P<0.05) of energy source was observed for nitrogen excretion, where the highest values were observed for citrus pulp compared to soybeans treatment. The emission of CH4 by cattle was 286.22 to 344.22 g/d, 103.71 to 125.64 kg/year; 17.41 to 22.03 g/kg of dry matter ingested, 5.17 to 6.58% GE lost in the form of methane and 3.77 to 4.53 Mcal/Ani/d. There was no significant difference in methane emissions between treatments when evaluated at 5% probability. Energy sources tested did not influence (P<0.05) pH values, propionic acid concentration or acetate:propionate ratio. Total concentration of SCFA, acetic acid and butyric acid concentration, as well as total count of protozoa, were higher (P<0.05) in citrus pulp treatment. Pectin high source, such as citrus pulp, or unsaturated fatty acids, such as soy beans, did not affect diets digestibility. In this sense, they are indicated as sources of high potential for use in cattle diets. However, their inclusion in diets resulted in changes in rumen environment by changes in fermentation pattern, but it was not possible to demonstrate changes in methane production.

A soja (Glycine max) contém uma variedade de compostos com comprovada atividade biológica, tais como as isoflavonas, que estão presentes em diferentes formas, glicosiladas e agliconas. Além disso, a soja contém uma grande quantidade de proteínas, que são consideradas fontes de peptídeos bioativos. As isoflavonas agliconas, daidzeína e genisteína, possuem maior atividade antioxidante que as glicosiladas, daidzina e genistina. No entanto, os grãos de soja são ricos nas formas glicosiladas das isoflavonas. Estudos mostram que a biotransformação da soja, por micro-organismos e enzimas, leva ao aumento dos teores das isoflavonas agliconas, as quais são liberadas pela ação de enzimas -glicosidases, que clivam as ligações -glicosídicas das isoflavonas glicosiladas, e também pode possibilitar a hidrólise das proteínas da soja. Além disso, pesquisadores têm demonstrado aumento na atividade antioxidante e na prevenção e/ou supressão de certos cânceres após biotransformação da soja. Neste contexto, foi realizada a biotransformação da soja pelo fungo A. awamori, e por uma mistura enzimática, proveniente do processo fermentativo deste fungo na soja. Os extratos da soja biotransformada, não biotransformada, e o extrato comercial isoflavin beta®, rico em isoflavonas, foram avaliados quanto aos perfis cromatográficos, teores de daidzeína, genisteína, proteínas, aminoácidos e/ou peptídeos, potencial antioxidante e atividade citotóxica frente a células de fibroblasto e melanoma. O modo de morte celular das células de melanoma, necrose ou apoptose, também foi avaliado. A biotransformação da soja, pelos dois processos, resultou em extratos enriquecidos com isoflavonas agliconas e aminoácidos e/ou peptídeos, e com maior atividade antioxidante que o extrato da soja não biotransformada. Os dois processos de biotransformação da soja resultaram em extratos com características químicas e biológicas diferentes. O conteúdo de daidzeína, proteínas, aminoácidos e/ou peptídeos encontrados no extrato da soja biotransformada pelo fungo foram 6%, 56% e 357%, respectivamente, superiores ao extrato da soja biotransformada pela mistura enzimática. Ao contrário do observado para o teor de genisteína que foi 48% maior no extrato da soja biotransformada pela mistura enzimática. O extrato da soja biotransformada pelo fungo apresentou maior atividade antioxidante que o extrato da soja biotransformada pela mistura enzimática, além disso, foi o único dos extratos aqui estudados que apresentou citotoxicidade seletiva para as células de melanoma, induzindo morte celular por apoptose destas células cancerosas. Sendo assim, os resultados obtidos pelo extrato da soja biotransformada pelo fungo A. awamori fornecem boas perspectivas para futura utilização deste extrato como antitumoral. / Soybean (Glycine max) contains a variety of compounds with proven biological activity, such as isoflavones, which are present in different forms, glycosides and aglycones. In addition, soybean contains a lot of proteins, which are considered sources of bioactive peptides. The aglycone isoflavones, daidzein and genistein, have higher antioxidant activity than the glucoside ones, daidzin and genistin. However, soybean grains are rich in the glycosylated forms of isoflavones. Studies have shown that the soybean biotransformation, by microorganisms and enzymes, lead to increased levels of aglycone isoflavones, which are released by the action of -glycosidase enzymes, which cleave the -glycosidic bonds of isoflavone glucosides, and can also allow the hydrolysis of soybean proteins. Additionally, researchers have shown an increase in the antioxidant activity and in the prevention and/or suppression of certain cancers after soybean biotransformation. In this context, it was performed the biotransformation of soybeans with the fungus A. awamori, and with an enzyme mixture, from the fermentation process of the fungus in soybean. The biotransformed, the non biotransformed soybean extracts and the marketed isoflavin beta® extract rich in isoflavones, were evaluated regarding their chromatographic profiles, levels of daidzein, genistein, proteins, amino acids and/or peptides, the antioxidant potential and the cytotoxic activity against melanoma cells and fibroblasts. The mode of cell death of melanoma cells, necrosis or apoptosis, was also evaluated. The biotransformation of soybean by the two processes resulted in extracts enriched with aglycone isoflavones and aminoacids and/or peptides, and with antioxidant activity higher than the non biotransformed soybean extract. The two processes of soybean biotransformation resulted in extracts with different chemical and biological characteristics. The contents of daidzein, proteins, aminoacids and/or peptides found in soybean extract biotransformed by the fungus were 6%, 56% and 357%, respectively, higher than the soybeam extract biotransformed by the enzyme mixture. Contrary to what was observed with the genistein content that was 48% higher in the soybean extract biotransformed by the enzyme mixture. The soybean extract biotransformed by the fungus had a higher antioxidant activity than the soybean extract biotransformed by the enzyme mixture, moreover, it was the unique extract among the ones studied in this work that showed selective cytotoxicity to melanoma cells, inducing cell death by apoptosis of these cancer cells. Thus, the obtained results of the soybean extract biotransformed by the fungus A. awamori provide good prospects for future use of this extract as antitumoral.

Vietnamese soy sauce has been made for centuries using traditional methods, in villages in Northern Vietnam. This sauce differs from other Asian products not only in its raw materials but also in its flavour characteristics. Presently small scale Vietnamese soy sauce is produced mostly with a standardised inoculum of Aspergillus oryzae under natural conditions. This usually gives rise to a product of variable and inconsistent quality. The aim of this study was to standardise the fermentation condition for the production of Vietnamese soy sauce, so as to obtain a product of more consistently good quality. Aspergillus flavus var columnaris was used as the inoculum. The inoculum was prepared by growing the organism on sticky rice at 20 and 37 degrees centigrade under aerobic conditions. At 20C, a high protease activity was recorded in the inoculum while at 37C, a high amylase activity was observed. The two different inocula prepared at 20C and 37C were then used in the preparation of soy sauce in the normal manner. The inocula were mixed with cooked roasted soy beans and salt water, left to age for 1 month at 30C, followed by ageing at 20C for 2 months. The products obtained were subjected to sensory evaluation and analysed for glucose, fructose, amino acids, nitrogen, ethanol and NaCI. Both inocula produced products of acceptable quality. The inoculum produced at 20C had a higher sensory evaluation score. It also contained a higher level of protein (14.5% compared to 11%), and a higher sensory evaluation score (6.9 compared to 3.2) when compared to a commercial Vietnamese sauce, Hanoi soy sauce. This valuable information will now enable small scale producers to produce this product throughout the year by controlling the temperature, and not be limited to the summer season, as has been the case with the traditional method of production. / Master of Science (Hons)

Orientador: Jaime Amaya-Farfan / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-08T21:26:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BarruetoGonzalez_NorkaBeatriz_D.pdf: 1348327 bytes, checksum: 18f0856e8caba5f78415b8cd169e869a (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Dada a importância que os feijões secos têm na dieta tradicional brasileira, a Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA) tem desenvolvido novos cultivares de feijão-comum (P. vulgaris), por meio melhoramento genético, para atender os altos padrões agronômicos e culinários do mercado interno. Entretanto, as características nutricionais destas novas cultivares estão documentadas de maneira incompleta, tanto em termos de conteúdo de macro/micro nutrientes, como também de seus valores biológicos. O objetivo do presente trabalho foi avaliar o valor nutritivo de sete novas cultivares de feijão: Jalo Precoce, Radiante, Vereda, Pérola, Timbó, Valente e Ouro Branco, da EMBRAPA do Centro de Pesquisa Arroz-Feijão, Goiás. Após análise centesimal de rotina, foram determinados o perfil aminoacídico e alguns importantes componentes minerais (cálcio, ferro, magnésio, cobre e zinco). Os resultados mostram que variações significativas (P<0,05) ocorreram no conteúdo protéico e de carboidratos totais entre todas as cultivares. O teor de proteína variou entre 21 e 28%, com destaque para Radiante, Jalo Precoce e Ouro Branco que tiveram as maiores concentrações. O teor de carboidratos foi de 55,4 (Radiante) a 62,1% (Valente), entretanto, os lipídios permaneceram constantes, variando de 2,4 a 2,8%. As proteínas de todas as novas cultivares alcançaram os padrões internacionais para os requerimento de histidina, valina, isoleucina, leucina, fenilalanina e tirosina. Com destaque para as cultivares Vereda e Ouro Branco, que alcançaram os requerimentos de lisina e treonina. Por outro lado, todas as cultivares apresentaram baixo conteúdo de aminoácidos sulfurados, metionina e cistina. Não foram encontradas diferenças estatísticas significativas entre as cultivares em termos de Mg, Fe e Zn, mas as concentrações de Ca e Cu variaram significativamente (P<0,0001). O conteúdo de ferro foi de 4,7 (Ouro Branco) a 5,5mg/100g (Vereda e Valente), enquanto que o cobre foi de 0,5 (Ouro Branco) a 0,9mg/100g (Radiante), e o conteúdo de zinco foi de 2,4 (Ouro Branco e Pérola) a 3,1mg/100g (Jalo Precoce). Pelos altos teores de Ca se destacaram as variedades Pérola (486), Vereda (428) e Valente (387mg/100g), enquanto que Jalo Precoce, Pérola e Valente apresentaram os maiores teores de Mg (129-117mg/100g). Considerando o fato de que todas as variedades foram cultivadas sob condições estritamente controladas de solo, água e práticas agrícolas, estes resultados podem ser altamente representativos com relação às características individuais de composição, onde as variedades Jalo Precoce, Ouro Branco e Valente apresentaram-se mais vantajosas em termos de composição de nutrientes. A partir destes resultados, três novas cultivares de feijão-comum (P. vulgaris) foram selecionadas, por causa do seu conteúdo de nutrientes, para avaliação da biodisponibilidade mineral e comparar com um cultivar clássico de soja (Glycine Max), var. Conquista. As três cultivares foram: feijão branco ¿Ouro Branco¿, feijão preto ¿Valente¿ e Carioca ¿Pérola¿ e os minerais testados foram os previamente estudados: cálcio, magnésio, cobre e zinco. O balanço metabólico, coeficiente de digestibilidade aparente (CDA) e a taxa de retenção e absorção (R/A) para estes minerais foram os parâmetros determinados, usando ratos Wistars recém-desmamados. Os animais receberam por doze dias dietas contendo exclusivamente os feijões cozidos ou farinha integral de soja tostada. Os níveis de fitatos foram determinados pelo método colorimétrico de Latta & Eskin e os minerais por absorção atômica nas dietas, fezes, urina e fêmur. Além disso e com o objetivo de avaliar o impacto das dietas no crescimento do osso cortical das tíbias, foram feitas medidas histomorfométricas da altura e espessura da cartilagem. Os resultados mostraram que as dietas à base de leguminosas diferiram estatisticamente uma das outras em termos de cálcio (275-480mg/100g), magnésio (108-262mg/100g), cobre (0,5-1,06mg/100g) e zinco (2,4-5,0mg/100g), e que as dietas à base de feijão Carioca ¿Pérola¿ e feijão preto ¿Valente¿, bem como a soja foram as que maior conteúdo mineral apresentaram. As dietas à base de feijão mostraram baixos teores de fitatos (3,1-3,9mg/g), especialmente com relação à soja (6,5mg/g). A análise estatística do balanço mineral detectou diferenças significativas entre os índices biológicos obtidos para os tratamentos de feijão e soja. As dietas ¿Valente¿ e ¿Pérola¿ mostraram alto balanço de cálcio (22-25mg/d), em comparação com as dietas ¿Ouro Branco¿ (12,8mg/d) e soja (14,4mg/d). A taxa de retenção e absorção (R/A), entretanto, foi maior para a dieta soja (99,0%), seguida pela dieta ¿Valente¿ (96,7%). Com relação ao CDA para cálcio, a dieta ¿Pérola¿ se destacou (92,5%) entre todos os tratamentos à base de leguminosas e Controle (AIN-93G). Os índices de avaliação revelaram que a soja teve maior balanço de magnésio (4,7mg/d) entre todas as dietas è base de feijão, entretanto o CDA foi melhor para a dieta ¿Pérola¿ (82%), apesar da taxa R/A ter sido melhor para ¿Valente¿ (7,1%) e soja (6,8%), enquanto que ¿Ouro Branco¿ e Controle (AIN-93G) tiveram índices negativos (valores de balanço e R/A). Com relação ao cobre, todas as dietas à base de leguminosas tiveram resultados negativos de balanço e CDA, de maneira similar ao que foi observado para o zinco. A dieta à base de soja, entretanto, mostrou balanço e CDA positivos para cobre e zinco. Por outro lado, somente a dieta Controle teve resposta positiva no teste de balanço de zinco, apesar da taxa de R/A para as dietas ¿Ouro Branco¿ e ¿Pérola¿ ter sido alta. Juntando estes dados, os índices sugerem que a biodisponibilidade de cálcio e magnésio não foi afetada pelos fitatos presentes nestas fontes alimentares, porém, para o zinco e o cobre este efeito foi evidente. As medidas histomorfométricasm, entretanto, não detectaram nenhuma diferença entre os diversos tratamentos à base de feijão e soja. Além disso, pode ser concluído que a baixa ingestão de cálcio dos grupos alimentados com leguminosas, acarretou alterações no sistema esquelético, tais como alta redução do platô da cartilagem de crescimento e na espessura do osso em si, mesmo que a retenção de cálcio no fêmur dos animais tratados com as dietas ¿Pérola¿ e soja tenham sido significativa / Abstract: Given the importance that dry beans have in the traditional Brazilian diet, the Brazilian Agency for Agricultural Research (EMBRAPA) has developed new cultivars of common beans (P. vulgaris) by means of classical breeding expecting to meet higher agronomic and culinary standards for the domestic market. Nevertheless, the nutritional characteristics of these new cultivars are incompletely documented, both in terms of macro/micro nutrient contents and biological value. The objective of the present work was to evaluate the nutritive value of seven new dry bean cultivars: Jalo Precoce, Radiante, Vereda, Pérola, Timbó, Valente e Ouro, from the Embrapa Rice and Bean Research Center in Goiás. After routine proximal composition, their amino acid profiles and key mineral components (calcium, iron, magnesium, zinc and copper) were determined. The results show that substantial and significant (P<0,05) variations occur in protein and carbohydrates among all the cultivars. Protein contents varied between 21 and 28%; Radiante, Jalo Precoce and Ouro Branco having the highest contents. In turn, the total carbohydrate contents ranged between 55,4 for Radiante, to 62.1%, for Valente, whereas the lipids remained rather constant, varying from 2.4 to 2.8%. The proteins of all these new cultivars met the international standard requirements for histidine, valine, isoleucine, leucine and phenylalanine plus tyrosine. Additionally, the cultivars Valente and Ouro Branco stood out because of their contents for lysine and threonine that also met the requirements. As in the case of all leguminous seeds, all the cultivars were low in the sulfurcontaining amino acids, methionine and cysteine. No statistical differences were noticed among the cultivars in terms of Mg, Fe and Zn, but the concentrations of Ca and Cu did vary significantly (P<0.0001). Iron contents varied from 4.7 in Ouro Branco, to 5.5mg/100g in Vereda and Valente, while copper ranged from 0.5 in Ouro Branco, to 0.9mg/100g, in Radiante, and the zinc contents went from 2.4 (Ouro Branco and Pérola) to 3.1mg/100g (Jalo Precoce). Insofar as calcium is concerned, Pérola (486), Vereda (428) and Valente (387mg/100g) were the richest, whereas Jalo Precoce, Pérola and Valente stood out because of their high contents of magnesium (129 ¿ 117mg/100g). Considering the fact that all the cultivars were grown under strictly controlled conditions of soil, weather and agricultural practices, these results can be taken as highly representative of the individual compositional characteristics and could be concluded that among the new cultivars, the Jalo Precoce, Ouro Branco and Valente are the most advantageous in terms of nutrient composition. Then, three of those new Brazilian dry bean (P. vulgaris) cultivars were selected because of their nutrient content for mineral bioavailability evaluation, and compared with the classical soybean (Glycine max) cultivar Conquista. The three cultivars were the white bean ¿Ouro Branco¿, a black bean ¿Valente¿ and the Carioca type ¿Pérola¿ and the minerals tested were the least commonly studied: calcium, magnesium, copper and zinc. The metabolic balance, apparent digestibility coefficient (ADC) and the ratio of retention to absorption (R/A) for these minerals were the parameters determined using young Wistar rats (21d). The animals received for twelve days diets consisting exclusively of the cooked beans or the roasted soybean flour. The phytate levels of the diets were determined by the colorimetric method of Latta & Eskin and the minerals by atomic absorption in the diets, feces, urine and femur. Additionally and in order to evaluate the impact of the diets on the cortical bone growth of the tibias, histomorphometric measurements of the height and thickness of the cartilage were made. The results showed that the legume-based diets statistically differed from each other in terms of calcium (275 ¿ 480 mg/100g), magnesium (108 ¿ 262 mg/100g), copper (0.50 ¿ 1.06 mg/100g) and zinc (2.4 ¿ 5.0mg/100g), and that the diets made up of the Carioca ¿Pérola¿ and the Black ¿Valente¿, as well as soy bean were those with the highest mineral contents. The dry bean diets exhibited low concentrations of phytates (3.1 ¿ 3.9mg/g), especially with respect to the soybean (6.5mg/g). Statistical analysis of the mineral balance detected significant differences between the biological indices obtained by the dry-bean and the soybean treatments. The dry bean diets ¿Valente¿ and ¿Pérola¿ exhibited higher balance for calcium (22 ¿ 25mg/d), in comparison to ¿Ouro Branco¿ (12.8mg/d) and the soybean (14.4mg/d) diets. The ratio of retention to absorption (R/A), however, was greatest for the soybean (99.0%), followed by the ¿Valente¿ (96.7%) diet. With regard to the ADC for calcium, in turn, the ¿Pérola¿ ranked first (92.5%) among all treatments and the Control. The evaluation indices revealed that the soybean had the highest magnesium balance (4.7mg/d) among all the dry bean diets, whereas the ADC was best for the ¿Pérola¿ (82%) diet, although the R/A ratios were better for the ¿Valente¿ (7.1%) and soybean (6.8%), while the ¿Ouro Branco¿ and Control gave negative indices (balance and R/A values). With regard to copper, all the dry bean diets gave negative balance and ADC indices, something similar to what was observed for zinc. The soy bean diet, however, showed positive balance and ADCs for both copper and zinc. On the other hand, only the Control diet gave a positive response in the balance test for zinc, although the R/A ratios of the ¿Ouro Branco¿ and ¿Pérola¿ diets were the highest. Taken together, these indices suggest that the little studied calcium and magnesium bioavailability from dry beans is not affected by the phytates present in this staple food, but a suppressive effect on zinc and copper was clear. Histomorphometric measurements, however, did not detect any differences between the various dry bean treatments or the soybean. In addition, it could be concluded that the low calcium intake by dry bean-fed groups had profound consequences to the skeleton system of the animals, such as the height reduction of the cartilaginous grow plates and the thickness of the bone itself, in spite of the femur calcium retention having been significant in the ¿Pérola¿ and soybean diets / Doutorado / Nutrição Básica Experimental e Aplicada à Tecnologia de Alimentos / Doutor em Alimentos e Nutrição