Dissertations / Theses on the topic 'Bioplásticos'

Mestrado em Biotecnologia
Os polihidroxialcanoatos (PHAs) são plásticos de origem bacteriana biodegradáveis que apresentam características semelhantes aos plásticos sintéticos. A preocupação actual é implementar processos e estratégias que permitam produzir, a escala industrial, PHAs a baixa custo. Nesse sentido, o presente trabalho aborda a produção de PHAs utilizando culturas mistas (lamas activadas), provenientes de uma estação de tratamento de águas residuais, em reactores descontínuos sequenciais sob condições de alimentação dinâmica aeróbia. Ao longo do trabalho foram testadas diferentes condições de operação e de alimentação dos reactores. Os reactores foram alimentados com ácidos orgânicos voláteis (AOVs) provenientes da acidificação de soro de leite e outros com mistura sintética de AOVs numa proporção de HAc:HPr 2:1. Verificou-se uma maior estabilidade na operação dos reactores alimentados com ácidos sintéticos. Os reactores foram operados com diferentes cargas orgânicas, e segundo os resultados obtidos quando as cargas são mais baixas (1g CQO/L.d e 2g CQO/L.d) apresentam condições mais favoráveis à selecção de bactérias produtoras de PHAs e maior percentagem de remoção de CQO. Os biorreactores operaram em condições de “fome/fartura” (alimentação dinâmica aeróbia) com ciclos de 12 e 24h. Os resultados obtidos indicam que quando as culturas são alimentadas em ciclos de 24h a remoção de CQO é mais rápida. A acumulação de PHAs foi confirmada por microscopia de epifluorescência utilizando como corante o azul de Nilo.
Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are bacterial biodegradable plastics that have similar characteristics to synthetic plastics. The implementation of processes and strategies to produce PHAs at an industrial scale at low cost is an important factor for their commercialization. In this sense, this work intended to study the production of PHAs by mixed cultures (activated sludge) from wastewater treatment plant in sequential batch reactors under aerobic dynamic feeding conditions. Throughout the work different operating and feeding conditions on reactors were tested. The reactors were fed with volatile fatty acids (VFAs) from the acidification of whey and others with a synthetic mixture of VFAs with a 2:1 HAc:HPr ratio. There was greater stability in the operation of reactors fed with synthetic acids than with the fermented stream. The reactors were operated at different organic load rates. When the load rates were lower (1 g COD/L.d and 2 g COD/L.d) a greater percentage of removal of COD was observed indicating more favorable conditions for the selection of PHAsproducing bacteria. The bioreactors were operated under “feast/famine” conditions (dynamic aerobic feeding) with 12 and 24 cycles. The results showed that when the cultures were submitted to 24 hours cycles the COD removal was faster than during the 12 hours cycles. Accumulation of PHAs was confirmed by epifluorescence microscopy using the blue Nile staining.

O presente trabalho teve por objetivo estudar o amido termoplástico (TPS) proveniente de batata e suas blendas com os polímeros biodegradáveis da classe dos poli (hidroxialcanoatos), como o homopolímero Poli (β-hidroxibutirato) (PHB) e o copolímero Poli (β-hidroxibutirato-co-valerato) (PHBV). Para tanto, foram desenvolvidas formulações de TPS, TPS/PHB, TPS/PHBV, TPS/PHBV, TPS/PHB/PHBV e dos próprios polímeros. Os teores de poli(hidroxialcanoatos) nas misturas foram iguais a 25, 50 e 75%. O TPS e as blendas foram preparados via mistura física dos polímeros base com água e glicerol. O estudo da plasticização do amido com 30 % de glicerol foi realizado em um misturador intensivo e os parâmetros de processo determinados (160°C, 10 min e 60 rpm) mostraram-se eficientes para a obtenção do termoplástico TPS. Os ensaios de absorção de água revelaram que o TPS pode apresentar ganho de massa de até 37%. As blendas preparadas com maiores teores do polímero (PHB e/ou PHBV) apresentaram maior resistência à absorção de água. A análise termogravimétrica (TG) das blendas revelou a existência de dois estágios de perda de massa, correspondentes à degradação do TPS e aos poliestéres. Dados de calorimetria demonstraram que o amido de batata possui teor de amilose de 23,6%. A curva DSC das blendas foram observados dois eventos térmicos endotérmicos, sendo o primeiro relacionado à saída de água e glicerol do TPS e o segundo correspondente à fusão do PHB e/ou PHBV. A análise por microscopia eletrônica de varredura evidenciou a presença de grãos de amido residuais nas formulações contendo maiores conteúdos de PHB e/ou PHBV. A análise térmica dinâmico-mecânica do TPS revelou a ocorrência de dois picos em tan δ, sendo o primeiro correspondente a transições na fase rica do plasticizante glicerol e um segundo pico definido como Tg do amido plasticizado. Os Ensaios Mecânicos de Tração mostraram para a amostra TPS o maior valor de deformação máxima, menor valor de módulo de elasticidade e baixo valor de tensão máxima, quando comparado às blendas TPS/PHB, TPS/PHBV e TPS/PHB/PHBV. O comportamento do TPS mostrou-se fortemente influenciado pelo teor de água presente na amostra.
The aim of this work was the study of thermoplastic starch (TPS) prepared from potato and its blends with biodegradable polyhydroxyalcanoates as homopolymer - Poly (β-hydroxibutirate) (PHB) and/or copolymer - Poly (β-hydroxybutirate-co-valerate) (PHBV). To reach the objectives of this study, there were developed formulations of TPS, TPS/PHB, TPS/PHBV, TPS/PHBV, TPS/PHB/PHBV and of the polymers themselves. The content of polyhydroxyalcanoates in the mixtures were 25, 50 and 75 %. The TPS and the blends were prepared by physical mixture of the polymers with water and glycerol. The study of starch\'plasticization, performed with 30 % of glycerol, was carried out in an intensive mixer and the determined parameters of the process (160°C, 10 min and 60 rpm ) were effective for the production of the parent thermoplastic starch. The water absorption tests showed that the TPS can present gain of mass up to 37 %. The blends prepared with higher amounts of the polymer (PHB and/or PHBV) presented higher resistance to the absorption of water. Thermogravimetric analysis (TG) of the blends revealed the existence of two mass loss stages, correspondents to the degradation of TPS and the polyesters. Data from calorimetry (DSC) demonstrated that the potato starch present 23.6% of amylose. The traces of DSC from TPS revealed only events related to the elimination of water and glycerol. For the blends two thermal endothermic events were observed. The first one corresponds to the elimination of water and glycerol from TPS and the second to the melting of the PHB and/or PHBV. The analysis performed by using scanning electron microscopy showed the presence of residual grains of starch in the formulations containing 50% or higher amounts of PHB and/or PHBV. The Dynamic Mechanical Thermal Analysis of TPS revealed the occurence of two tan δ peaks, being the first one correspondent to transitions in the glycerol rich phase and a second peak described as Tg of the plasticized starch. The Mechanical Tests showed for the TPS sample the highest value of elongation, the lower value of tensile strength and a low value of Young\'s modulus, when compared to the blends TPS/PHB, TPS/PHBV and TPS/PHB/PHBV. The behaviour of the TPS appeared strongly influenced by the content of water in the samples.

Mestrado em Engenharia do Ambiente - Instituto Superior de Agronomia
The use of plastic mulch in agriculture had its beginning in the middle of last century and since then its use has been intensified and the costs of send this residue to appropriate final destination lead it often to be left or burned in open field, causing huge environmental concerns. The biodegradable mulch films, which can be incorporated in the soil at the end of the crop appear as a possible solution for this problem. The goal of this work was to test the biodegradability of 5 plastic mulches, made from biodegradable polymers, comparing to conventional Polyethylene (PE). The biodegradability was tested in laboratory by means of a respirometric test that followed the standard EN ISO 17 556, and in field conditions, by observation and calculation of the percentage of area lost, along the time, in net frames containing the various biodegradable plastics. The field trials to assess fruit productivity and quality were performed during two years. One of the biodegradable mulches stands out for its good performance and seems as a very promising mulch that may be a viable replacement for conventional polyethylene.

Se han buscado alternativas para la fabricación de materiales novedosos, que involucren polímeros naturales renovables con tiempos de degradación cortos. Más aún, el consumo de materiales poliméricos sintéticos utilizados en diversas aplicaciones ha aumentado considerablemente a nivel mundial. Razones por la cual, en esta tesis se evalúa el efecto de la radiación gamma en las propiedades mecánicas y de intemperismo acelerado de un bioplástico elaborado con resina biodegradable y ácido poli (láctico) de desecho.

Mestrado em Engenharia do Ambiente - Instituto Superior de Agronomia
Due to the large amount of mulch films used in agricultural crops and to all the environmental problems related with their disposal, the biodegradable mulch films seems to be the best solution for replacing the conventional polyethylene mulches. The main goal of this work was to evaluate and compare the performance of biodegradable mulch films with the conventional polyethylene ones in muskmelon culture during two years. Beyond fruit productivity and quality, the impact of each plastic in the soil moisture and temperature were also assessed. Taking into account that there are no reported biodegradation studies realized in Portugal, it was also important to verify the biodegradability of this new mulch films under the Portuguese soil conditions. The biodegradable mulch films did not show significant differences in fruit productivity and quality. The biodegradation rate of the mulches tested was not as high as would be expected. From the overall results obtained, biodegradable mulch films appear to be a good solution for the replacement of the conventional polyethylene mulches, however the R&D should continue to be done to improve their biodegradation rate.

Los Polihidroxialcanoatos (PHA) son poliésteres que se encuentran en forma de gránulos internos en las células bacterianas. Con el objetivo de evaluar la producción de PHA por parte de bacterias del género Azotobacter, se aislaron cepas provenientes de rizosferas de diversos cultivos en Lurín y Pachacamac, las cuales se sembraron en el medio Rojo de Nilo, además del teñido de gránulos de PHA con Negro de Sudan B, para su detección cualitativa. Se inocularon en caldos Burk, Medio mínimo de PHA (MMPHA) y MMPHA modificado, para su detección cuantitativa. Según lo evaluado en medio Rojo de Nilo, el 68.2% de las cepas produjeron PHA. De las 5 cepas seleccionadas para evaluar en los caldos de producción, la mayor producción se detectó en la cepa AzoLur20 con 2.1 g/L de PHA y 2.99 g/L de biomasa a las 96 h en medio MMPHA; sin embargo, la cepa AzoLur19 resultó ser más productiva, con 0.06 g/L*h, siendo estable en el periodo de tiempo evaluado. Además, la tinción con Negro de Sudan B permitió observar los gránulos internos de las células, observándose de mayor tamaño en el medio Burk. Por medio de métodos moleculares, la cepa AzoLur19 corresponde a la especie Azotobacter chroococcum. Se concluye que las cepas de Azotobacter son buenas productoras de PHA, siendo la especie A. chorococcum predominante en la rizosfera de diversos cultivos.

Submitted by Ligia Linardi Niero Rocha null (ligialinardi@yahoo.com.br) on 2017-09-20T15:22:27Z No. of bitstreams: 1 dissertFICHAcatal.pdf: 1496895 bytes, checksum: 6610a394252f7529b5cbd64a98cedde0 (MD5)
Approved for entry into archive by Monique Sasaki (sayumi_sasaki@hotmail.com) on 2017-09-20T18:31:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 rocha_lln_me_bot.pdf: 1496895 bytes, checksum: 6610a394252f7529b5cbd64a98cedde0 (MD5)
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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Os polihidroxialcanoatos (PHAs) são uma família de biopolímeros biodegradáveis, que podem substituir os plásticos petroquímicos em muitas aplicações, principalmente embalagens e utensílios domésticos. Contudo, estes bioplásticos são atualmente mais caros do que os de origem petroquímica. É possível encontrar vários estudos na literatura que investigam o uso de resíduos e substratos mais baratos, com o intuito de permitir a produção em grande escala do PHA. Os óleos vegetais são largamente utilizados na preparação de alimentos, na maioria das vezes no processo de fritura, o que acarreta grandes quantidades de resíduo, muitas vezes descartados incorretamente, trazendo prejuízo ao meio ambiente e à população. Sob esta consideração, os resíduos de óleo de fritura são abundantes e podem ser utilizados na produção de PHA sem qualquer tratamento adicional. Portanto, este trabalho analisou a produção de polihidroxialcanoatos (PHA) a partir de duas linhagens de bactérias, Pseudomonas oleovorans e Bacillus megaterium, utilizando-se óleos residuais de frituras como fonte de carbono (óleo residual de fritura de batata, frango e pastel) e foram utilizados nas concentrações de 10 g.l-1 e 20 g.l-1, separadamente. Os ensaios de produção do biopolímero foram realizados em frascos agitados, em meio de cultura limitante em nitrogênio. A massa seca celular (MSC) foi determinada por gravimetria e a porcentagem de acúmulo e a composição do PHA foram determinados por cromatografia gasosa. A melhor condição de reação foi observada no óleo residual de fritura de batata, no qual a bactéria Bacillus megaterium alcançou uma concentração de 13,03 % de acúmulo de PHA (% MSC) e 3,93 g.l-1 de massa seca celular. Pelos resultados obtidos pode-se concluir que esta alternativa é promissora, além de não competir com a produção baseada em fontes de açúcar, que é comercialmente utilizada.
Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are a family of biodegradable biopolymers that can replace petrochemical plastics in many applications, especially packaging and household appliances. However, these bioplastics are currently more expensive than those of petrochemical origin. It is possible to find several studies in the literature that investigate the use of residues and cheaper substrates, in order to allow large scale production of the PHA. Vegetable oils are widely used in food preparation, most often in the frying process, which leads to large amounts of waste, often incorrectly discarded, causing damage to the environment and the population. Under this consideration, waste frying oils are abundant and can be used in the production of PHA without any further treatment. Therefore, this work studied the production of polyhydroxyalkanoates (PHA) from two strains of bacteria, Pseudomonas oleovorans and Bacillus megaterium, using waste frying oils as a source of carbon (waste oils from potato, chicken and pastel) and were used at concentrations of 10 g.l-1 and 20 g.l-1, separately. The biopolymer production assays were performed in shaken flasks, in nitrogen-limiting culture medium. The dry cell mass (DCM) was determined by gravimetry and the percentage of accumulation and the PHA composition were determined by gas chromatography. The best reaction condition was observed in the residual frying oil from potato, in which the bacterium Bacillus megaterium reached a PHA accumulation of 13.03 % and 3,93 g.l-1 of dry cell mass. From the results obtained it can be concluded that this alternative is promising, besides not competing with the production based on sources of sugar, that is commercially used.

Submitted by BRENO LUIZ OTTONI null (breno@bauru.unesp.br) on 2016-08-23T15:37:35Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_final_OTTONI_BRENO_repositorio_unesp.pdf: 3950347 bytes, checksum: 2f3574a90c11f0c3e2baed2bb67eefde (MD5)
Approved for entry into archive by Juliano Benedito Ferreira (julianoferreira@reitoria.unesp.br) on 2016-08-26T14:33:38Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ottoni_bl_me_bauru.pdf: 3950347 bytes, checksum: 2f3574a90c11f0c3e2baed2bb67eefde (MD5)
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É estimado que a geração de resíduos sólidos passará de 1,3 bilhão para 2,2 bilhões de toneladas até 2025, ocasionando problemas ambientais, sociais e, consequentemente, à saúde pública. A maior problemática neste aspecto envolve o destino inadequado dos resíduos, e no Brasil ainda se destina pouco resíduos à triagem para reciclagem ou compostagem. Neste cenário, as embalagens plásticas oriundas de fonte não renovável de energia possuem baixas taxas de reciclagem. Desta forma, surgem os bioplásticos como alternativa, por serem em sua maioria biodegradáveis. Este estudo visa discutir os aspectos comunicacionais relacionados diretamente às embalagens de bioplásticos e apresentar como a função comunicação nas embalagens podem contribuir para fornecer informações relevantes aos consumidores, a fim de minimizar o problema da destinação inadequada. Utilizou-se a pesquisa qualitativa como método a alcançar os objetivos propostos. Conclui-se que a comunicação, seja nas embalagens de plástico ou bioplástico, deve promover as ações nas pessoas: a não geração, a redução, a reutilização e a reciclagem de resíduos sólidos, gerando, desta forma, um ciclo de solução nas problemáticas abordadas neste estudo.
It is estimated that the solid waste generation will grow from 1.3 billion to 2.2 billion tons by 2025, causing environmental and social problems and therefore, to public health.The biggest problem on this aspect involves the inappropriate disposal of waste and Brazil still intended for little waste sorting for recycling or composting. In this scenario, the plastic packaging from non-renewable energy source have low recycling rates. Thus, bioplastics come as an alternative because they are biodegradable in their majority. This study aims to discuss the communication aspects directly related to bioplastics packaging and presenting how communication function in packaging can help to providing relevant information to consumers in order to minimize the problem of improper disposal. The qualitative research was used as a method to achieve the proposed objectives. It can be concluded that communication, whether in plastic or bioplastic shall promote the actions on people about not generation, reduction, reuse and recycling of solid waste, thus creating a solution cycle on the addressed problems in this study.

Orientador: Rondinelli Donizetti Herculano
Resumo: Durante o processamento industrial das batatas fritas há a produção de uma grande quantidade de amido residual proveniente da lavagem da matéria prima. Os biopolímeros, tipo amido, têm sido propostos para formulação de materiais biodegradáveis. A aplicação do amido na produção de bioplástico se baseia nas propriedades químicas, físicas e funcionais para formar géis e filmes. O objetivo desse estudo foi desenvolver bioplásticos elaborados a partir de amido residual, utilizando diferentes proporções de amido residual e glicerol combinado com alginato e com ácido acético; caracterizar os materiais obtidos quanto à composição e características das ligações formadas, contaminação microbiológica, propriedades mecânicas e características de barreira; e aplicar o bioplástico, utilizando o método de imersão, em frutos de mamão (Carica papaya), avaliando qualitativamente os resultados obtidos. Os resultados apresentados expressam que as soluções filmogênicas produzidas a partir de amido são viáveis para a obtenção de filmes, sendo possível fabricar bioplásticos com as duas composições propostas. As análises de viabilidade microbiológicas e as análises de cromatografia gasosa apontaram que os bioplásticos, em ambas composições, se tornam microbiologicamente estáveis e ausentes de solventes controlados, como o toluol. No FTIR observou-se que ligações de hidrogênio foram formadas em ambas as amostras e essas ligações de hidrogênio conferiram as amostras diferentes características mecânica... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo)
Abstract: During industrial processing of potato, a large amount of residual starch is produced from the washing of the raw material. Starch-like biopolymers have been proposed for formulation of biodegradable materials. The application of starch in bioplastic production is based on chemical, physical and functional properties to form gels and films. The aim of this study was to develop bioplastics made from residual starch using different proportions of residual starch and glycerol combined with alginate and acetic acid; characterize the materials obtained for the composition and characteristics of the formed bonds, microbiological stability, mechanical properties and barrier characteristics; and to apply the bioplastic, using the immersion method, in papaya fruits (Carica papaya), qualitatively evaluating the obtained results. The presented results express that the filmogenic solutions produced from starch are viable to obtain films, being possible to manufacture bioplastics with the two proposed compositions. Microbiological viability analyzes and gas chromatography analyzes indicated that bioplastics in both compositions become microbiologically stable and absent from controlled solvents such as toluol. In the FTIR it was observed that hydrogen bonds were formed in both samples and these hydrogen bonds gave the samples different mechanical characteristics. The higher the starch: glycerol ratio, the greater the elongation of the sample in the stress versus strain test, and the more ... (Complete abstract click electronic access below)
Mestre

Submitted by (lucia.rodrigues@ufrpe.br) on 2016-11-23T14:10:57Z No. of bitstreams: 1 Ricardo Ferreira das Neves.pdf: 891762 bytes, checksum: 6cb62632e0804d7e0292090808c7e6ff (MD5)
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The students of high school present difficulties in the construction of these concepts. It is believed that such fact happens for two reasons: the first one is because those concepts involve some phenomena in molecular level that demands a great capacity of the students to abstract and second one is because the aspects differentiate one process from another are quite subtle. This research intends to investigate the use of the contemporary bioplastics theme, know as green plastics, as an element to give context to the degradation, biodegradation and decomposition concepts construction. The bioplastics are quite appropriate to that kind of intervention, because they can be easily handmade at school laboratories and there is also the possibility of studying degradation, biodegradation and decomposition processes in loco, once this material has a relatively short life time. The theoretical presuppositions of this work were the Theory of Personal Constructs and hermeneutic-dialectic methodology. The united use of these contributions allowed the methodology structuring, the data collection and the attendance of the students' cognitive processes during the learning processes. .The analysis of the initial results indicates that students had difficulties in use an appropriated terminology to explain the processes, as well to perceive the phenomenon that happens in an abstract scale. However, their conceptions were significantly altered and the degradation, biodegradation and decomposition final concepts were very close to the formal scientific definitions found in the area literature.
Nesta pesquisa investiga-se o uso de uma temática contemporânea, os bioplásticos (ou plásticos verdes), como elemento de contextualização, buscando favorecer a construção dos conceitos de degradação, biodegradação e decomposição. Os alunos do Ensino Médio apresentam dificuldades na construção desses conceitos, possivelmente porque eles envolvem alguns fenômenos em nível molecular que exigem grande capacidade de abstração dos alunos e também, porque os aspectos que diferenciam esses processos entre si são bastante sutis. Os bioplásticos são bastante adequados nesse tipo de intervenção, visto que podem ser facilmente confeccionados nos laboratórios da escola, ou mesmo em sala de aula e, por terem um tempo de vida útil relativamente curto, possibilitam a observação in loco dos processos de degradação, biodegradação e decomposição. Os pressupostos teóricos deste trabalho foram a Teoria dos Construtos Pessoais, em particular o Ciclo da Experiência, e a metodologia hermenêutica-dialética. O uso conjunto desses aportes permitiu a estruturação da metodologia, a coleta de dados e o acompanhamento dos processos cognitivos dos alunos durante os processos de aprendizagem. Os resultados indicam que inicialmente os alunos tiveram dificuldades com questões relacionadas à terminologia, à explicação dos processos de degradação, biodegradação e decomposição e à percepção dos fenômenos na escala micro. Contudo, as concepções finais dos mesmos (individuais e coletivas) foram significativamente alteradas de forma que os conceitos de degradação, biodegradação e decomposição, explicitados por eles, se encontram muito próximos das definições científicas formais encontradas na literatura da área.

Submitted by Maria Beatriz Vieira (mbeatriz.vieira@gmail.com) on 2017-08-25T16:15:33Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) dissertacao_karine_laste_macagnan.pdf: 989328 bytes, checksum: a2029037b34e4625051db4296d4fad83 (MD5)
Approved for entry into archive by Aline Batista (alinehb.ufpel@gmail.com) on 2017-08-28T20:59:34Z (GMT) No. of bitstreams: 2 dissertacao_karine_laste_macagnan.pdf: 989328 bytes, checksum: a2029037b34e4625051db4296d4fad83 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5)
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Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul - FAPERGS
O poli(3-hidroxibutirato) [P(3HB)] é o biopolímero mais estudado e caracterizado dentre a família dos polihidroxialcanoatos (PHAs), termoplásticos que têm como principais características a rápida biodegradabilidade e a biocompatibilidade. O processo de recuperação do bioplástico consiste em uma etapa importante no processo de produção. O desenvolvimento de metodologias mais seguras, econômicas e ambientalmente corretas, e que permitam um alto rendimento desse biopolímero, torna-se necessário para uma produção de P(3HB) economicamente e ecologicamente atrativa. Portanto, o objetivo do trabalho foi otimizar a metodologia clássica de recuperação de poli(3-hidroxibutirato) utilizando clorofórmio como solvente. O bioprocesso foi realizado em duas etapas, utilizando linhagem de Ralstonia solanacearum. O inoculo foi produzido em Erlenmeyers aletados de 500 mL, contendo 160 mL de meio YM e 40 mL de suspensão bacteriana, mantidos em incubador agitador orbital por 24 h, 150 rpm e 28 °C. A segunda etapa, produção de P(3HB), foi realizada utilizando Erlenmeyers aletados de 500 mL, contendo 160 mL de meio F4 e 20 % de inóculo, mantidos em 28 °C, 200 rpm e 72 h em incubador agitador orbital. Após a fermentação, as células foram separadas por centrifugação a 10.000 x g, lavadas com solução salina 0,89 % e secas a 56 °C. O acúmulo de P(3HB) na célula foi quantificado por cromatografia gasosa. A metodologia de extração foi otimizada em relação aos parâmetros: tempo de extração (2 h a 15 min), separação da biomassa/solução extrativa (papel filtro ou funil de separação), estado de célula (seca ou fresca) e proporção de solvente (10:1, 20:1 e 40:1 v/m). Por evaporação da solução extrativa foram obtidos filmes poliméricos. Os filmes recuperados foram analisados física e quimicamente por Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC), Análise Termogravimétrica (TGA) e Cromatografia de Permeação em Gel (GPC). O acúmulo de P(3HB) foi de 51,15 %. Os maiores rendimentos de filme foram obtidos após 30 min de aquecimento, utilizando funil de decantação para separar a solução extrativa da biomassa, célula seca, e proporção de solvente 40:1 v/m, alcançando-se recuperação de 98 % do polímero acumulado. A análise dos filmes através de FTIR resultou em bandas características de P(3HB). Os filmes oriundos de células secas tiveram temperaturas inicial e final de degradação e grau de cristalinidade superiores aos filmes de célula fresca. Todavia, os últimos apresentaram massa molar maior do que os primeiros. A metodologia clássica de extração química de poli(3-hidroxibutirato) por clorofórmio com aquecimento pode ser otimizada, resultando em redução de 75 % do tempo de aquecimento e separação da biomassa/solução extrativa mais rápida e econômica. Porém, não foi possível substituir a utilização de massa celular seca por fresca nem reduzir a proporção inicial de solvente de 40:1 (v/m).
Poly (3-hydroxybutyrate) [P(3HB)] is the most important biopolymer from the polyhydroalcanoates (PHAs) families, and they are thermoplastics with rapid biodegradability and biocompatibility. The recovery process of bioplastics is an important stage in the production process. Development of safe, economic and environmentally friendly methodologies, that result in high yield biopolymer, is necessary for the attractive P(3HB) production. Therefore, the objective was to optimize the classical methodology for poly (3-hydroxybutyrate) recovery using chloroform as solvent. The bioprocess was performed in two phases, with Ralstonia solanacearum strain. In the first phase, inoculum production, was performed in Erlenmeyer 500 mL flasks, containing 160 mL medium YM and 40 mL bacterial suspension. The flasks were incubated in shaker for 24 h, 150 rpm and 28 °C. The second phase, P(3HB) production, was performed using Erlenmeyer 500 mL flask, containing 160 mL medium F4 and 20 % (v/v) inoculum, maintained in 28 °C, 200 rpm and 72 h. After fermentation cells were separated by centrifugation at 10,000 x g, washed with saline (0,89 % w/v) and dried at 56 °C. P(3HB), accumulation was quantified by gas chromatography. The extraction methodology was optimized according to: extraction time (2 h - 15 min), extractive solution/biomass separation (paper filter or separation funnel), state of cell (dry or fresh), and solvent ratio (10:1, 20:1 and 40:1 v/m). Polymeric films were obtained by evaporation from extractive solutions and they were analysed by Fourier Transform Infrared (FTIR), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Thermogravimetric Analysis (TGA) and Gel Permeation Chromatography (GPC). The P(3HB) accumulation was 51,15 %. Highest yields of film were obtained after 30 min heating, by funnel for extractive solution recovery, dry cell and solvent ratio 40:1 v/m; and highest recovery was 98 % of cumulated polymer in the cell. Characteristic bands of P(3HB) were obtained to produced films by FTIR analysis. Films from dried cells showed initial and final degradation temperature and crystallinity degree higher than and films these from fresh cell, however, they showed higher molar weight than the first ones. The classical chemical extraction of P(3HB) by chloroform with heating can be optimized, resulting in a 75 % reduction as well heating time extraction solution most fastest and economical. However, wasn’t possible replace the dry cell mass use by fresh cell mass or reduce the initial solvent proportion [40:1 (v/m)].

Dissertação de Mestrado em Química apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
Currently, about 800 000 tons, per year, of used oil are improperly disposed of in theenvironment, affecting the water quality and making a difficult work for the ETARs. So, thereis an increasingly important need to develop strategies to reduce the environmental impact andcombine this with reuse of this waste.On the other hand, the development of polymeric materials more compatible with theenvironment is an area of high interest, especially if these materials are derived from renewablesources. Therefore, the major aim of this work is the valorisation of the used cooking oils,making it a sustainable raw material for the production of packages with the ideal characteristicswhich will allow the storage of cleaning products and, thus, reduce the environmental impactthat is due to its incorrect disposal.In the first chapter, it is described the theoretical supporting structure of used cookingoil disposal problem, its chemical and physical characteristics, its potential in the polymers area,and the description of literature studies in which this raw material is used for the production ofpolymeric materials.In the second chapter, is presented the characterization of used and virgin oils, throughquantitative analytic and spectroscopic methods, in order to compare the samples and confirmthe efficiency of used cooking oil in the polymerization process. An Experimental Design isalso presented to verify the optimal conditions for a maximized hydrolyse reaction since in thiswork was chosen the use of fatty acids (AGOU) in polymerization. Finally, the characterizationof the fatty acids obtained is described to verify their isolation efficiency.In the third chapter, is disclosed the optimization of the polymerization process, theused reagents and their role in the polymeric matrix that led to obtaining polymers up to 37.5%of AGOU. In addition, is presented a polymerization study with acrylated epoxidized soybeanoil (AESO) to compare with the use of AGOU in terms of reactivity. Finally, thermal studiesare presented. With thermogravimetry (TGA), was verified a good thermal stability in allpolymers. The differential scanning calorimetry (DSC), allowed to conclude that the samplesare amorphous. And dynamic mechanical thermal analysis (DMTA), allowed us to conclude thatgreater incorporation of oil leads to a decrease of the glass transition temperature, indicatingthat the oil acts as a plasticizer.
Atualmente, cerca de 800 000 toneladas, por ano, de óleo alimentar usado são descartadas indevidamente no ambiente, afetando a qualidade das águas e dificultando o trabalho das ETARs. Posto isto, a necessidade de desenvolver estratégias para a diminuição de impacto ambiental e aliar estas com a reutilização de resíduos é cada vez mais importante. Por outro lado, o desenvolvimento de materiais poliméricos cada vez mais compatíveis com o meio ambiente é uma área de elevado interesse, especialmente se estes materiais forem derivados de fontes renováveis. Desta forma, o principal objetivo deste trabalho é a valorização do óleo alimentar usado pela população, tornando-o uma matéria – prima sustentável para a produção de embalagens com características ideais que permitam o armazenamento de produtos de limpeza e, assim, diminuir o impacto ambiental que o seu descarte inadequado provoca. No primeiro capítulo apresenta-se o enquadramento teórico do problema do descarte do óleo alimentar usado, das características químicas e físicas do mesmo, do seu potencial na área de polímeros e a descrição de estudos da literatura nos quais utilizam esta matéria – prima para a produção de materiais poliméricos. No segundo capítulo é apresentada a caracterização de óleos usados e virgens, através de métodos analíticos quantitativos e métodos espectroscópicos, com o propósito de comparar as amostras e confirmar a eficácia do óleo alimentar usado no processo de polimerização. É também apresentado um planeamento experimental com o qual se verificaram as condições ótimas para um rendimento da reação de hidrólise maximizado uma vez que, neste trabalho, se optou pela utilização dos ácidos gordos (AGOU) na polimerização. Por fim, é descrita a caracterização dos ácidos gordos obtidos para verificar a eficácia do seu isolamento. No terceiro capítulo é discutida a otimização do processo de polimerização, os reagentes utilizados e a sua função na matriz polimérica que levaram à obtenção de polímeros até 37.5% de AGOU. É também apresentado um estudo de polimerização com o óleo de soja epoxidado acrilado (AESO) para comparar com a utilização de AGOU em termos de reatividade. Posteriormente, são apresentados estudos térmicos, como termogravimetria (TGA), com a qual se verificou uma boa estabilidade térmica em todos os polímeros, calorimetria diferencial de varrimento (DSC), que permitiu concluir que as amostras são amorfas e análise dinâmica termomecânica (DMTA), a partir da qual se discutiu os módulos de elasticidade e o fator tan δ que permitiram concluir que uma maior incorparação de óleo leva a uma diminuição da temperatura de transição vítrea, indicando que estes atuam como um plastificante.

Trabalho de investigação desenvolvido na Universidade de São Paulo. Instituto de Ciências Biomédicas II. Laboratório de Bioprodutos
Tese de Mestrado Integrado. Bioengenharia. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Trabalho de investigação desenvolvido na Universidade de São Paulo. Instituto de Ciências Biomédicas II. Laboratório de Bioprodutos
Tese de Mestrado Integrado. Bioengenharia. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia de Materiais
Durante séculos os polímeros sintéticos foram utilizados numa variedade de aplicações no diadia da sociedade. No entanto, devido á sua excessiva utilização, várias desvantagens tais como, a sua resistência à decomposição, toxicidade e acumulação no meio ambiente induz a impactos ecológicos negativos e á contaminação da água. Simultaneamente, elevadas quantidades de agro-resíduos gerados pela indústria de alimentos têm sido uma preocupação crescente, o que se tornou uma questão ambiental e financeira. Alguns dos produtos agro-resíduos podem ser utilizados como uma fonte de celulose. O objetivo do presente trabalho consiste em sintetizar diretamente biopolímeros à base de celulose a partir de resíduos agro-resíduos. Para isso foram selecionados agro-resíduos de rama de salsa e cenoura, caule de couve, casca de abóbora. Numa primeira fase estes agro-resíduos foram dissolvidos em ácido trifluroacético (TFA) pelo método de solvent-cast e evaporação do solvente, com o intuito de extrair celulose. Porém e de forma a utilizar metodologias mais ecológicas, numa segunda fase do projeto é proposta a utilização de líquido iónico 1-butil-3-metilimidazólio de cloreto para extração de celulose. Posteriormente os materiais foram sujeitos a reações de enxerto de cadeias de PLA, através da esterificação na estrutura da celulose extraída dos agro-resíduos. Os biopolímeros obtidos foram caracterizados através de análise FTIR, RAMAN, SEM, análise elementar, TGA e ensaios de biodegrabilidade. Os resultados do trabalho desenvolvido permitiram concluir que é possível obter biopolímeros a partir de agro-resíduos e que o biopolímero obtido através da esterificação entre o PLA e a celulose extraída de rama de salsa apresenta propriedades promissoras, uma vez que apresenta maior resistência térmica, assim como maior biodegrabilidade comparativamente com a esterificação entre o PLA e a celulose extraída de rama de cenoura.
During centuries synthetic polymers have been used in a variety of applications in the everyday of human life. However, due to their excessive use, several drawbacks, as its resistance to decomposition, toxicity after incineration and accumulation in the environment induced negative ecological impact in landfills and water contamination. Simultaneously, the high amount of agro-wastes generated from food industry have been a growing concern, which became an environmental and financial issue. Some of the agro-wastes can be used as a source for cellulose. Thus, the present work aims to directly synthetize cellulose-based biopolymers from agro-waste residues. The main objective of this project is synthesize directly biopolymers cellulose-based from agrowaste. Therefore agro-wastes were selected, as raw of parsley and carrot, stem of cabbage, pumpkin shell and sunflower seeds, and at first agro-wastes were dissolved in trifluoroacetic acid (TFA) by the solvent-cast method and solvent evaporation, in order to extract cellulose. In pursuance of use green methodologies, was proposed use ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazolium chloride for cellulose extraction. The extracted materials were subjected to graft chains of PLA reactions by esterification of cellulose extracted from agro-wastes. Biopolymers were characterized by FTIR analysis, Raman, SEM elemental analyses, TGA and biodegradability tests. The main results obtained in this work allowed to conclude that it is possible to extract biopolymers from agro-wastes and that biopolymer obtained by esterification between the PLA and the extracted cellulose from raw of parsley, presents promising properties, like higher thermal resistance, and greater biodegradability than the esterification between PLA and the extracted cellulose from raw of carrots.

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biológica (área de especialização em Tecnologia do Ambiente)
A biotecnologia industrial tem sido aplicada na produção de uma vasta gama de compostos, incluindo químicos e polímeros de valor acrescentado, explorando o potencial de diversos microrganismos para obtenção destes produtos a partir de fontes renováveis. O aumento da necessidade de estabelecer processos biotecnológicos surgiu devido às preocupações ambientais e geo-políticas. Uma das soluções para reduzir os impactos ambientais, passa por desenvolver produtos ecológicos, nomeadamente os bioplásticos. Os PHBs (Poli-(R)-3-hidroxibutirato) são biopolímeros que têm um elevado interesse científico e industrial, visto que possuem características comercialmente atrativas, particularmente, propriedades biodegradáveis, biocompatíveis e termoplásticas. Por este motivo, revelam-se candidatos promissores para a produção em larga escala. A levedura Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae) é o microrganismo eucariota melhor caraterizado e mais utilizado em processos industriais. Possui um conjunto de características que o tornam um potencial candidato para aplicações de Engenharia Metabólica para servir como uma fábrica celular para a produção de compostos químicos em grande volume a partir de materiais lignocelulósicos (matéria renovável). Neste trabalho pretendeu-se desenvolver estirpes modificadas de S. cerevisiae através de estratégias in silico, capazes de produzir PHBs, a partir de materiais derivados da hidrólise de lignocelulose, particularmente xilose. Numa primeira fase foi feita a validação do modelo iMM904, em condições anaeróbias, com o intuito de verificar se o mesmo é capaz de reproduzir os resultados experimentais disponíveis na literatura. Inicialmente, a validação do modelo foi efetuada com glucose como fonte de carbono, devido à ausência de dados de fluxos experimentais na literatura sobre o crescimento de S. cerevisiae em xilose em condições anaeróbias. Posteriormente, procedeu-se à curação em xilose nas mesmas condições. Dado que existe pouca informação sobre fluxos em xilose, foi necessário efetuar um levantamento de dados experimentais disponíveis para o crescimento de S. cerevisiae com este açúcar. Porém, não foi possível chegar aos valores contidos na literatura e validar o modelo em xilose. A segunda fase, sendo o objetivo primordial deste estudo, consistiu na construção in silico de estirpes mutantes de S. cerevisiae para produção de PHBs em xilose. A otimização in silico, usando um modelo à escala genómica de S. cerevisiae (iMM904) foi realizado em OptFlux. Esta ferramenta computacional aplica Algoritmos Evolucionários e Simulated Anneling para encontrar conjuntos de inativações de reações que maximizem a produção de PHBs. Vários conjuntos de inativações foram obtidos pelos resultados de otimização. Foram escolhidas duas soluções: a primeira continha três reações inativadas e a segunda quatro. Analisando os resultados da simulação dos fenótipos, obtidos pelo método pFBA em condições anaeróbias nas duas soluções, verificou-se um rendimento de produção robusta para ambas as soluções: 0,11 mmol PHB/mmol xilose e 0,13 mmol PHB/mmol xilose. Neste trabalho, foram avaliadas duas estratégias in silico para a obtenção de estirpes modificadas em S. cerevisiae a partir de xilose que, no futuro, poderão ser implementadas para o desenvolvimento de um processo de fermentação de PHBs economicamente viável.
Industrial biotechnology has been applied in the production of a wide range of compounds, including chemicals and added-value polymers, exploiting the potential of various microorganisms in order to obtain these products from renewable sources. The increased need to establish biotechnological processes has arisen due to environmental and geo-political concerns. To be able to reduce the environmental impact, one of the solutions is to develop environmentally friendly products, namely bioplastics. PHBs (Poly-(R)-3-hydroxybutyrates) are biopolymers which have a high scientific and industrial interest, since they have commercially attractive characteristics, particularly, biodegradable, biocompatible and thermoplastic properties. For these reasons, they reveal themselves as promising candidates for large-scale production. The yeast Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae) is the best characterized and most used eukaryotic microorganism in industrial processes. It has a set of characteristics that make it a potential candidate for Metabolic Engineering applications to serve as a cellular factory for the production of large volume chemical compounds, from lignocellulosic materials (renewable feedstock). In this work we intended to develop modified strains of S. cerevisiae through in silico strategies, capable of producing PHBs, from hydrolysis derived materials of lignocellulose, particularly xylose. In a first phase, the iMM904 model was validated under anaerobic conditions, in order to verify if it was able to reproduce the experimental results available in literature. Initially, model validation was performed with glucose as a carbon source, due to the absence of data regarding experimental fluxes in the literature on the growth of S. cerevisiae in xylose under anaerobic conditions. Subsequently, we proceeded to curate the model in xylose under the same conditions. Since there is little information on xylose fluxes, it was necessary to carry out a survey of available experimental data for the growth of S. cerevisiae with this sugar. However, it was not possible to reach the values contained in literature in order to validate the model in xylose. The second phase, the main objective of this study, consisted in the in silico construction of mutant strains of S. cerevisiae to produce PHBs from xylose. In silico optimization using a genome scale model of S. cerevisiae (iMM904) was performed on OptFlux. This computational tool applies Evolutionary Algorithms and Simulated Anneling to find sets of inactived of reactions that maximize PHB production. Several sets of inativations were obtained by the optimization results. Two solutions were chosen: the first contained three inactivated reactions and the second four. Analyzing the phenotype simulation results obtained by the pFBA method under anaerobic conditions for the two solutions, we found robust production yields for both solutions: 0.11 mmol PHB/mmol xylose and 0.13 mmol PHB/mmol xylose. In this work, two in silico strategies was evaluated for obtaining an engineered strains of S. cerevisiae from xylose, that can be further implemented for development a cost-effective PHBs fermentation process.

O consumo de abacate tem aumentado como consequência da sua massificação, dando origem a uma elevada quantidade de subprodutos que, atualmente, são descartados, existindo assim uma oportunidade para a sua valorização. Por sua vez, o amido de batata tem sido utilizado para a produção de filmes termoplásticos biodegradáveis, no entanto estes são ainda quebradiços e hidrofílicos, não sendo competitivos comparativamente aos plásticos derivados de petróleo. Considerando a matriz rica em polissacarídeos do caroço de abacate, esta dissertação pretende explorar o seu aproveitamento no desenvolvimento de novas formulações bioplásticas à base de amido. Para o efeito, o caroço de abacate foi triturado e peneirado, resultando duas frações, uma com partículas de tamanho inferior a 150 μm, representando 13,5% do caroço (Ac), e a mais abundante com partículas de granulometria superior (Rc). As amostras obtidas eram constituídas principalmente por glucose (98,8%), determinada por GC-FID, tendo espetros de FTIR e difratogramas de Raio-X característicos do amido. A determinação de nitrogénio por análise elementar permitiu estimar uma quantidade de proteína de 0,53% para Ac e 2,59% para Rc. Para efeitos de comparação foi também analisado amido de batata recuperado a partir de pequenos fragmentos de batata, subproduto resultante da indústria de batata frita, sendo esta amostra também rica em glucose (100%) e contendo 0,02% de proteína. Os espetros de FTIR e difratogramas de Raio-X foram semelhantes aos das frações do caroço de abacate. As duas amostras de amido foram utilizadas para o desenvolvimento de filmes através da técnica de evaporação do solvente. O amido do caroço de abacate originou filmes com uma cor mais acastanhada (L* = 82,4; a* = 2,7; b *= 14,6) do que os filmes incolores (L *= 93,3; a* = 1,8; b* = -3,57) à base de amido de batata, e com uma superfície mais hidrofóbica. A presença de compostos fenólicos no caroço de abacate, bem como de enzimas oxidativas podem explicar o acastanhamento e o aumento de hidrofobicidade dos filmes. A análise das propriedades mecânicas revelou que os filmes à base de amido do caroço de abacate têm menor espessura (Ac = 63 μm; Ab = 72 μm) e esticabilidade (Ac = 13,2%; Ab = 29,8%) do que os filmes à base de amido de batata, mas apresentam maior rigidez (Ac = 517 MPa; Ab = 407 MPa) e resistência à tração (Ac = 13,1 MPa; Ab = 12,2 MPa).A diminuição da concentração de amido do caroço de abacate aumentou a rigidez, resistência à tração e esticabilidade destes filmes, mantendo o perfil de hidrofobicidade. Assim, o caroço de abacate revelou ser uma fonte de matéria-prima adequada para o desenvolvimento de filmes à base de amido mais rígidos e hidrofóbicos do que os derivados de amido de batata, diversificando as propriedades dos filmes e valorizando este subproduto da indústria alimentar.
The avocado consumption has been progressively increasing, leading to a high amount of by-products that are simply landfilled, opening an opportunity for their valorization. In addition, potato starch has been used on thermoplastic films production; however, these are still brittle and hydrophilic, and therefore non-competitive with the petrochemical-derived plastics. Given the polysaccharide-rich composition of avocado seed, this work explored its use on the development of new bioplastic starch-based formulations. For this purpose, avocado seed was milled and separated, resulting in two fractions. The starch-rich fraction (13.5%) was composed by particles smaller than 150 μm (Ac), and the remaining residue fraction had the biggest particles (Rc). GC-FID analysis revealed that glucose was the main constituent sugar residue of the samples (98.8%). FT-IR spectra and XRD patterns were distinctive of starch-like samples. Nitrogen determination by elemental analysis revealed the estimated protein content of Ac and Rc (0.53% and 2.59%, respectively). For comparison purposes, potato starch recovered from small potato slices, a potato chips industry byproduct, was also analyzed. Potato starch was rich in glucose (100%) and had a protein content of 0.02%. Its FT-IR spectra and XRD patterns were similar to avocado starch fractions. Both starch samples were used for films production using the solvent casting technique. Avocado seed starch gave rise to films with a more brownish coloration (L*=82.4; a*=2.7; b*=14.6), when compared to the colorless (L*=93.3; a*=1.8; b*=-3.57) potato starch-based films. Avocado seed starch-based films were also more hydrophobic than potato starch-based ones. The avocado seed phenolic compounds and oxidative enzymes may be responsible for these distinguishable optical and wettability characteristics. Mechanical analysis showed that avocado seed starch-based films had lower thickness (Ac = 63 μm; Ab = 72 μm) and elongation at break (Ac = 13.2%; Ab = 29.8%), with higher rigidity (Ac = 517 MPa; Ab = 407 MPa) and traction resistance (Ac = 13.1 MPa; Ab = 12.2 MPa). Lowering the concentration of avocado seed starch promoted higher rigidity, elongation at break and traction resistance, while maintaining the hydrophobicity profile of the films. Therefore, avocado seed revealed to be an adequate source of starch for the development of rigid and hydrophobic starch-based films, with diversified properties and, at the same time, adding value to this food industry byproduct.
Mestrado em Biotecnologia

Existem várias técnicas de referência para deteção precisa e segura de doenças e agentes patogénicos. No entanto estas técnicas ou requerem preparações de amostras com várias etapas, ou então de métodos de análise dependentes de equipamento de laboratório de custo elevado e de técnicos qualificados (que levem a cabo o procedimento). Quando as circunstâncias são de baixos recursos, como junto das populações que mais necessitam de meios de deteção de doenças, estas técnicas tornam-se impraticáveis. Desta forma, nas últimas duas décadas, investigação e desenvolvimentos no ramo da microfluídica trouxeram inovações na miniaturização, automação e redução dos custos dos métodos de referência dependentes de laboratórios, com o objetivo de produzir dispositivos descartáveis adequados a circunstâncias ambulatórias de baixos recursos – dispositivos de diagnóstico rápido. Neste trabalho foram desenvolvidas membranas microfluídicas para deteção colorimétrica de glucose a partir dos biopolímeros poli(3-hidroxibutirato) (P(3HB)) e poli(3-hidroxibutirato-co-valerato) (P(3HB-co-HV)), com as características de dispositivos de diagnóstico rápido e a vantagem de serem biodegradáveis. A fabricação destas membranas baseou-se no uso dos biopolímeros para criação de estruturas porosas capazes de transportar líquidos por ação capilar, isto é, sem o recurso a forças exteriores. Testaram-se diferentes metodologias no processo de fabricação, obtendo-se os resultados mais promissores com a técnica de lixiviação com sal, aliada a uma exposição a plasma de oxigénio, como forma de tornar os biopolímeros, - inerentemente hidrofóbicos - em matrizes porosas microfluídicas. Utilizando as membranas produzidas como substrato, alcançou-se a produção de um biossensor colorimétrico de glucose em soluções aquosas, baseado em reações enzimáticas.

Plásticos de origem fóssil são materiais extremamente versáteis e de baixo valor agregado. Por este motivo é utilizado nas mais diversas áreas, incluindo as embalagens para produtos alimentares, justificando a produção anual de 368 milhões de toneladas. Por ser um material resistente, e dependendo do tipo de plástico, estima-se que a degradação deste material pode levar até 500 anos, sendo os impactos ambientais causados por este material enormes. Na tentativa de minimizar estes problemas, tem havido nos últimos anos diversas iniciativas de carácter legislativo, de investigação e de carácter político (a nível europeu e nacional) e outros incentivos, para criar alternativas mais sustentáveis. Os plásticos de utilização única são de grande importância nessa temática devido ao curto período de uso e rápido descarte. Investigadores e empresas estão em busca de alternativas e algumas já são comercializadas como é o caso dos bioplásticos de ácido poliláctico (PLA), artigos feitos em papel, tecidos e outras alternativas que além de biodegradáveis e de carácter renovável, são comestíveis, como é o caso dos artigos fabricados a partir de subprodutos de algas, gelatinas e cereais. O objetivo deste trabalho incide nas alternativas aos plásticos de uso único, com foco nas alternativas comestíveis.
Plastics of fossil origin are extremely versatile materials at low cost. For this reason, it is used in the most diverse areas, including food packaging, justifying the annual production of 368 million tons. As it is a resistant material, and depending on the type of plastic, it is estimated that the degradation of this material can take up to 500 years, and the environmental impacts caused by this material are enormous. In an attempt to minimize these problems, there have been in recent years several legislative, research and political (at European and national level)initiatives and other incentives, to create more sustainable alternatives. Single-use plastics are of great importance in this area due to their short period of use and quick disposal. Researchers and companies are looking for alternatives and some are already commercialized, such as polylactic acid bioplastics (PLA), articles made from paper, fabrics and other alternatives that, in addition to being biodegradable and renewable, are edible, as is the case of articles made from by-products of algae, gelatins and cereals. The objective of this work focuses on alternatives to single-use plastics, adressing on edible alternatives.

Dissertação de Mestrado em Energia para a Sustentabilidade apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
O desenvolvimento de plásticos de base biológica é essencial para a transição para uma bioeconomia, especialmente materiais produzidos a partir de resíduos agrícolas. A avaliação do ciclo de vida (ACV) pode ser usada para avaliar o desempenho ambiental de tais materiais. No entanto, avaliar novos produtos, em baixos Níveis de Prontidão Tecnológica, requer uma abordagem inovadora na ACV, que envolve escalonamento de processos e cenários de produção futuros. O objetivo deste estudo é avaliar os impactos ambientais de um filme biopolímerico, produzido a partir de resíduos da manga, em um estágio inicial de desenvolvimento, e também comparar este material ao seu equivalente fóssil, o polietileno de baixa densidade (PEBD). Foram analisadas duas formulações de filme à base de amido de amêndoa de manga: filme 1, com reforço de nanocristais de amido (NCA), e filme 2, com NCA e nanocristais de celulose (NCC). Os seguintes processos foram incluídos na ACV: coleta de resíduos de manga, separação dos componentes da semente, produção de amido, nanocristais de amido, e nanocristais de celulose, e produção de filmes. Foi adotada uma fronteira do berço ao portão e unidade funcional de 1 quilograma de filme biopolímerico. Em uma situação de referência, sementes de manga são consideradas resíduos do processo de polpação da manga, enquanto em um cenário alternativo, foram modeladas como coprodutos do mesmo. Duas técnicas de produção de filme foram consideradas, casting e extrusão. Um modelo escalonado para CNC, SNC, e produção dos filmes foi obtido aplicando um método baseado em cálculos de engenharia. As categorias de avaliação de impacto analisadas foram o uso de energia não renovável, mudança climática, acidificação terrestre e eutrofização de águas doces. A análise de contribuição para o filme 1 mostrou que o amido teve a maior parte dos impactos na energia, mudança climática e acidificação, enquanto a produção de NCA foi a mais impactante na eutrofização. Os cenários de melhoria reduziram os impactos do filme 1 em até 44%. Para o filme 2, NCC teve a maior contribuição na energia não-renovável e acidificação, associada ao uso de ácidos na hidrólise e ao uso e recuperação de acido acético na produção de celulose. Os cenários de melhoria mostraram uma 53% de redução nos impactos do filme 2. O filme 1 teve um desempenho melhor do que o filme 2 em todas as categorias de impacto analisadas e, portanto, foi selecionado para a comparação com o polímero fóssil. Esta comparação, considerando diferentes cenários, mostrou que o filme PEBD teve desempenho ambiental melhor do que o polímero à base de manga na mudança climática, acidificação e eutrofização. Para energia não-renovável, o biopolímero teve melhor desempenho em todos os cenários analisados. Considerando rendimentos maximizados na produção de NCA e de amido, além das outras melhorias (cenário de melhor caso), o biopolímero teve o mesmo desempenho que o filme de PEPD nas mudanças climáticas. Uma análise de sensibilidade baseada em taxas de substituição entre os materiais mostrou que o filme biopolímerico teria que ser 44% mais fino do que o de polietileno para ter o mesmo impacto na mudança climática. Recomenda-se que a relação entre a espessura e propriedades do filme seja investigada para melhor considerar a funcionalidade de biopolímeros nanoreforçados. Sugere-se que o fim de vida do filme de biopolímero à base de manga seja incluído na ACV, bem como a análise de incerteza.
The development of bio-based plastics is a key element for the transition to a bioeconomy, especially value-added materials produced from agro-wastes. Life cycle assessment (LCA) can be used to assess the environmental performance of such materials from a holistic perspective. However, assessing novel products at low technology readiness levels requires an innovative approach to conduct LCA, which involves the introduction of scale-up assumptions and future manufacturing scenarios. The goal of this study is to assess the environmental impacts of a biopolymer film, produced from mango processing wastes, at an early research stage. We also aim to compare this material to its fossil counterpart, low-density polyethylene (LDPE). Two film formulations based on mango kernel starch (MKS) were analysed: film 1, with a starch nanocrystal (SNC) reinforcement, and film 2, with a reinforcement of SNC and cellulose nanocrystals (CNC). The following processes were included in the LCA: collection of mango waste, separation of seed components, production of starch, starch nanocrystals, and cellulose nanocrystals, and film production. We adopted a cradle-to-gate boundary and a functional unit of 1 kilogram of biopolymer film. In a reference situation, mango seeds are considered wastes of the mango pulping process, whereas in an alternative scenario, they were modelled as by-products, with the inclusion of crop production and pulping. Two potential manufacturing techniques were considered, casting (reference) and extrusion. A scaled-up model for CNC, SNC, and film production was obtained by applying engineering-based calculations. The impact assessment categories analysed were non-renewable energy use (NREU), climate change (CC), terrestrial acidification (TA), and freshwater eutrophication (FE). Contribution analysis for film 1 showed that starch had the largest share of the impacts on NREU, CC and TA, whereas SNC was the main contributor for FE. Improvement scenarios could reduce the impacts of film 1 by up to 44%. For film 2, CNC had the largest contribution in NREU and TA, mainly due to the use of acids in hydrolysis and use and recovery of acetic acid in cellulose production. Improvement scenarios showed impacts of film 2 could be reduced by up to 53%. Film 1 performed better than film 2 in all impact categories analysed and was thus selected for further assessment. Comparing the biopolymer selected to LDPE considering different scenarios of feedstock and film manufacturing techniques, it was found that the fossil-based film performed better than the mango-based polymer in three out of four indicators (CC, TA, and FE). For NREU, the biopolymer performed better for all scenarios analysed. Considering maximum yields for SNC and MKS production in addition to other improvements (best-case scenario), the biopolymer had the same performance as LDPE on climate change. A sensitivity analysis based on a functional unit of 1 m2 of film showed that the biopolymer film would have to be 44% thinner to perform as well as LDPE for climate change. It is recommended that the relationship between film thickness and its technical performance be investigated to better consider the functionality of nanoenabled biopolymer films. For further research, it is suggested that the end-of-life of the mango-based biopolymer film is included as well as uncertainty analysis.
Outro - SET-LCA: Streamlined Ecodesign Tools based on Life Cycle Assessment incorporating uncertainty (CENTRO-01-0145-FEDER-030570)

Tese de Doutoramento (Gestão e Tratamento de Resíduos)
O desenvolvimento de plásticos biodegradáveis e de base biológica desempenham um papel fundamental na transição para uma economia circular, nomeadamente em aplicações de caso único, como embalagens. Esta tipologia de materiais basia-se no uso de matérias-primas renováveis, na possibilidade de reciclagem orgânica e na economia de recursos por reprocessamento. A biomassa lignocelulósica destaca-se como uma fonte promissora de biopolímeros naturais, sendo os resíduos agroindustriais uma fonte atraente devido à sua disponibilidade, baixo custo e alto teor de celulose. Paralelamente, é igualmente importante que os produtos emergentes de base biológica acompanhem as tendências do mercado, nomeadamente no uso de técnicas de processamento ecológicas e no desenvolvimento de materiais com propriedades ativas. No presente trabalho pretendeu-se desenvolver bioplásticos de base celulósica a partir de resíduos agroindustriais. Estes foram identificados com base num diagnóstico e na implementação de um modelo linear, tendo siso selecionado o caroço do milho como matéria prima a estudar. Um pretratamento combinado de dois estágios (tratamento hhidrtérmico seguido da reação com solução diluída de hidróxido de sódio) foi realizado para extrair a sua fração celulósica. A celulose extraída foi utilizada para produção de acetato de celulose atavés de uma técnica acetilação sem a presença de um meio solvente para dissolução. Na síntese do acetato de celulose obteve-se um grau de substituição de 2,68 e um rendimento de 60%. O acetato de celulose produzido apresentou ainda características adequadas para a preparação de filmes com características mecanicas significativas. Avaliação do ciclo de vida foi realizada para contabilizar os impactos ambientais associados à aplicação conjunta das ténicas de pré-tratamento e acetilação. A análise de ciclo de vida mostrou que as técnicas utilizadas repercutiram em impactos ambientais menos significativos que os gerados por abordagens convencionais. Um bionanocompósito foi produzido através da dissolução do acetato de celulose sinterizado em uma suspensão coloidal contendo nanopartículas de dióxido de titânio e óxido de magnesio, obtida a partir da ablação a laserdos metais percussores em diclorometano. A técnica utilizada possibilitou a produção de filmes bioplásticos sem o uso de qualquer outro reagente químico ou geração de subprodutos.
Bio-based and biodegradable plastics play a key role towards the successful transition to a circular economy, namely regarding the application of single-use products, such as packaging. The benefits brought by this class of materials rest on the use of renewable resources of raw-materials, organic recycling and resource-saving by reprocessing. Lignocellulosic biomass stands out as a promising source of natural biopolymers, being the agroindustrial residues are especially attractive alternative due to their availability, low-cost and high cellulose content. On top of that, it is likewise important that the emerged bio-based products keep up with the latest trends on the market, which are focused on the use of eco-friendly processing techniques and development of active materials. In this regard, the present thesis is intended to develop cellulose-based bioplastics from agroindustrial residues. Potential agroindustrial residues were identified based on a diagnosis study and on the implementation of a linear model, from which corncob was selected as the raw material to be studied. A combined two-stage liquid hot water/dilute-NaOH pretreatment was carried out to extract its cellulose content. Furthermore, cellulose acetate (CA), a recognized biodegradable polymer, was synthesized from the extracted cellulose by a solvent-free method using iodine as catalyst. The cellulose acetate synthesis resulted in substitution degree of 2.68 and yield of 60%. The synthesized CA was suitable to produce films with remarkable mechanical properties. A life cycle assessment (LCA) was modeled in order to count the environmental impacts resulting from the joint application of pretreatment/acetylation techniques. The LCA showed that, in response to the less consumption of chemicals and high yield of acetylation, the proposed techniques have environmental impacts less significant than those of conventional approaches. A bionanocomposite was produced via the direct dissolution of the synthesized CA in a colloidal suspension containing titanium dioxide and magnesium oxide, the latter obtained through the laser ablation of bare metal targets in an appropriate solvent. The processing technique used allowed the production of bioplastic films without the use of any other chemical reagent or generation of byproducts.
CNPq (Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico) e ao governo do Brasil pelo suporte financeiro no consentimento da bolsa 201940/2015-9. Obrigada à FCT (Fundação para a Ciência e Tecnologia) pelo apoio financeiro no âmbito dos projetos TSSiPRO (technologies for sustainable and smart innovative products-norte-01-0145-FEDER-000015) e UID/CTM/50025/2019 (UID/EEA/04436/2019 e NORTE-01-0145-FEDER-000018-HAMaBICo).