ISEL - Eng. Quim. Biol. - Dissertações de Mestrado
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- Avaliação da toxicidade de catinonas sintéticas usadas como drogas de abusoPublication . Gomes, Ana Patrícia Soares Tauleigne; Pacheco, Rita Isabel Dias; Gaspar, Helena Margarida Guerreiro GallaNa última década, verificou-se globalmente um aumento do consumo de novas substâncias psicoativas (NSP) como drogas de abuso. A 2ª classe mais abundante entre as NSP relatadas ao EMCDDA (European Monitoring Centre for Drugs and Drug Addiction) são as catinonas sintéticas. Estas NSP representam uma ameaça à saúde pública pois pretendem mimetizar o efeito de drogas ilícitas, no entanto, as consequências associadas ao seu consumo são ainda pouco conhecidas e, tendo ocorrido várias fatalidades relacionadas à sua utilização. De modo a aumentar o conhecimento sobre as catinonas sintéticas foi avaliado o potencial efeito citotóxico in vitro, usando a linha celular de hepatocarcinoma humano (HepG2) e a linha celular diferenciada de neuroblastoma humano (SH-SY5Y), e ainda o efeito sobre a atividade da enzima acetilcolinesterase (AChE), de 21 catinonas: 2’-CMC, 3’-CMC, 4’-CMC, 2’-CEC, 3’-CEC, 4’-CEC, 3’-CBC, 4’-CBC, 2’-Cl-PPP, 3’-Cl-PPP, 4’-Cl-PPP, 2’-CDC, 3’-CDC, 4’-CDC, 3’-Cl-DEC, 4’-Cl-DEC, 3’-CIC, 4’-CIC, 3’-Cl-TBC, 4’-Cl-TBC e a mefedrona. Destas, foram sintetizadas e caracterizadas por RMN as cloro-N-butilcatinonas (CBC). Foi possível comprovar uma relação entre as atividades obtidas e a estrutura das catinonas testadas, tendo-se demonstrado pela primeira vez, que as catinonas inibem a atividade da AChE. Verificou-se que as catinonas que apresentaram melhor capacidade inibitória têm uma cadeia N, N-dialquílica com quatro átomos de carbono (3’-Cl-DEC, 4’-Cl-DEC) ou uma cadeia N-isopropílica (3’-CIC). Verificou-se, de um modo geral, um aumento da citotoxicidade em ambas as linhas celulares, com o aumento da cadeia N-alquílica do grupo amino, sendo as catinonas sintetizadas, 3’-CBC e 4’-CBC, as mais ativas. A comparação dos valores do LC50 da mefedrona e da 4’-CMC sugere que a substituição de um grupo metilo por um átomo de cloro no anel aromático aumenta a citotoxicidade. Apesar de existirem diferenças significativas nas atividades obtidas entre a maioria dos regioisómeros, que diferem na posição do átomo do cloro no anel aromático (orto, meta e para), não se verificou uma tendência regular no efeito desta posição sobre a atividade. Foi ainda realizada uma previsão in silico das propriedades farmacocinéticas ADME (absorção, distribuição, metabolismo e excreção) das catinonas usadas neste trabalho, nomeadamente as suas propriedades físico-químicas e o seu potencial de bioatividade. Os dados obtidos no geral indicam que todas as catinonas poderão exibir uma boa disponibilidade oral, evidenciando que o seu consumo, para além dos efeitos experimentalmente determinados neste trabalho, constituem um risco para saúde dos consumidores. É de ressalvar ainda a necessidade de continuar a investigar outros efeitos biológicos potencialmente associados ao consumo destas substâncias.
- Perfil e Quantificação de Açúcares e Ácidos Orgânicos em ortofrutícolas por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (HPLC)Publication . Paiva, Fayruzy Costa; Lageiro, Maria Manuela; Serra, Maria CelesteNeste trabalho, foram determinados o perfil e o teor de açúcares (sacarose, glucose, frutose e sorbitol) e ácidos orgânicos (oxálico, tartárico, lático, acético, cítrico, málico, propiónico e ascórbico) através de métodos analíticos de cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) previamente validados, em trinta hortofrutícolas não adequados ao mercado em fresco, com vista a valorizá-los como matrizes para produção de energia e/ou extração de compostos fitoquímicos. Os açúcares foram extraídos em água, usando soluções Carrez para clarificação, separados por HPLC-RI numa coluna SugarPak, com fase móvel EDTA cálcio (0,01 mM), a fluxo 0,6 mL/min e identificados pelos tempos de retenção. Os ácidos orgânicos foram extraídos com tampão fosfato, separados e quantificados por HPLC-PDA numa coluna C18 em fase reversa, com fase móvel KH2PO4 (0,025 M, pH 2,4) e acetonitrilo, 99:1 (V:V), fluxo 0,8 mL/min e deteção a 254 nm (ácido ascórbico) e 210 nm (outros ácidos). A validação mostrou bons resultados na gama de concentrações de 1,0-30 g/L e de 0,01-4,0 g/L, para açúcares e ácidos orgânicos, respetivamente; apresentando coeficientes de correlação superiores a 0,995; boa linearidade (aplicação do teste de Mandel); repetibilidade (CVr≤4,5%) e precisão intermédia (CVR≤9,3%). As taxas de recuperação variaram de 78% a 111% para todos os analitos. Os limites de deteção e quantificação variaram de 0,6 a 2,1 g/100g e de 1,7 a 6,4 g/100g (açúcares) e de 4,5 a 123,7 mg/100g e de 13,6 a 375,0 mg/100g (ácidos), respetivamente. O teor máximo de açúcares foi determinado para a sacarose na beterraba (8,8 g/100g). Um teor máximo de acidez total foi obtido no alho (8,7 g/100g) que também apresentou o teor máximo de ácido tartárico (2,8 g/100g). Os açúcares estão maioritariamente presentes nos frutos e os ácidos orgânicos nos hortícolas sendo os ácidos cítrico, tartárico, oxálico e málico os que mais contribuiem para a acidez total.
- Study to increase the quality of treated water in the process of water reuse in vehicle washing systemsPublication . Rabagliati, Barbara; Matos, Manuel José de; Santos, Maria Teresa Loureiro dosAs águas residuais geradas na lavagem de automóveis são um dos recursos efluentes que contribuem efetivamente no aumento da contaminação ambiental devido às características químicas dos resíduos veiculares. O presente trabalho tem como objetivo avaliar e comparar as eficiências de remoção de poluentes provenientes de águas residuais de lavagem de veículos, a fim de otimizar o funcionamento da estação de tratamento em termos de energia e água. No presente trabalho é realizado um estudo de caso na estação Transportes Gama, localizada no Seixal. A estação possui uma estação de tratamento compacta, construída pela ECODEPUR®, com sedimentação primária, flotação, tratamento biológico, filtrações de areia e carvão ativado. A eficiência de cada operação e processo de tratamento foi avaliada analisando diversos parâmetros: pH, demanda química de oxigênio (DQO), sólidos totais (ST), sólidos suspensos totais (SST) e metais (Cu e Zn). Para avaliar o efeito da enzima na eficiência de remoção de todos os parâmetros, foram feitas duas amostragens e testes relativos, a primeira com 30 L/semana de enzimas e a segunda com adição reduzida pela metade. Os principais resultados mostram que o DQO e os metais estão dentro do limite da legislação nacional para lançamento de águas residuais em ambos os testes. No primeiro ensaio a estação de tratamento apresenta uma eficiência total de remoção em torno de 96% de DQO, 61% de ST e cerca de 80% de Cu e 81,5% de Zn. Verificou-se que a redução do volume da enzima teve um pequeno impacto na eficiência de remoção total com 95,6, 58, quase 77 e quase 74% de DQO, TS, Cu e Zn respetivamente, de 3.900 €/ano. A maior parte das águas residuais tratadas é reutilizada na lavagem de veículos, o que representa uma descarga de águas residuais próxima de zero e uma poupança de custos de 6.320 €/ano, contribuindo também para o uso sustentável da água.
- Revestimentos poliméricos para aplicações biotecnológicasPublication . Pechir, Olímpia Camisão; Pacheco, Rita Isabel Dias; Silva, Elisabete RibeiroA formação de biofilme é um problema que afeta diversas indústrias. Atualmente a procura de novas soluções para combater este fenómeno, bem como todos os problemas a que este tipo de bioincrustação está associada é urgente.
- Liquified biomass utilization in water co-electrolysis for Synthesis gas productionPublication . Martins, Diogo Miguel Mouta Rodrigues; Puna, Jaime Filipe Borges; Santos, Rui Galhano DosNas últimas décadas, o aumento das necessidades energéticas mundiais resultou num consumo crescente de fontes de energia não renováveis e, consequentemente, em graves impactes ambientais. Por esta razão, existe uma aposta cada vez maior no desenvolvimento de fontes alternativas de energia sustentáveis (biomassa, energia solar e eólica, entre outras). Desenvolvida no âmbito de um projeto de I&DT pela start-up GSYF, Lda, esta unidade piloto de 1 kW visa a recuperação de biomassa previamente liquefeita de resíduos florestais lignocelulósicos, para uso como fonte de carbono em co-eletrólise para produção de gás de síntese (H2, O2,CO , e CO2), também conhecido como syngas. Por sua vez, este será transformado noutros produtos de valor acrescentado, como o metano, o metanol ou o biodiesel. Esta investigação centra-se no desenvolvimento desta unidade através de testes de otimização para determinar as condições ideais para a produção de syngas, destinado a ser utilizado como matéria-prima para a produção de metano. O trabalho experimental dividiu-se em duas partes principais, sendo a primeira um conjunto de ensaios sem adição de biomassa e com uma gama mais alargada de condições (3, 4 e 5 bar relativos, e 90, 100 e 110 ºC usando eletrólito 1M NaOH ou KOH) que serviram de base para o segundo conjunto de ensaios onde foram testadas duas amostras de biomassa liquefeita (designadas por Acácia e Energreen). O gás de síntese produzido deve ter um baixo teor de O2, um rácio CO2:H2 próximo do rácio 1:4 encontrado na reação de Sabatier e uma boa relação entre a energia gasta e a quantidade de gás produzido. Na primeira parte, pressões e temperaturas mais elevadas favoreceram o processo. Além disso, dos dois eletrólitos testados, a solução de NaOH provou ser a melhor escolha devido ao menor gasto de energia e por ser mais fácil de trabalhar. Com estes resultados, foi escolhida uma gama de condições mais restrita (4 e 5 bar relativos, e 100 e 110 ºC utilizando apenas o eletrólito NaOH 1M) para ser utilizada em testes futuros. Na segunda parte, as adições de biomassa liquefeita aumentaram a produção de CO2, o que, consequentemente, também reduziu as concentrações de O2. A Acacia é melhor na redução do teor de O2, enquanto a Energreen tem um consumo de energia mais baixo. Ao considerar os pontos fortes de cada biomassa, ambas apresentaram os melhores resultados a 4 bar de pressão a 110 ºC com 2,5 % de biomassa.
- Avaliação de atividade citotóxica e propriedades biológicas de diferentes compostos heterocíclicosPublication . Viegas, Gonçalo da Costa; Sousa, Ana Catarina Cardoso de; Pacheco, Rita Isabel DiasAs naftoquinonas e fenazinas têm-se revelado como famílias de compostos de elevado interesse devido à sua capacidade de interação com diversos alvos biológicos. Nesta dissertação, com o objetivo de estender a biblioteca de compostos com potencial interesse biológico, foram avaliados os efeitos de compostos de ambas as famílias sobre alguns alvos biológicos. Foi estudada a de inibição in vitro da acetilcolinesterase (AChE), alvo terapêutico para a doença de Alzheimer, e previsto o mecanismo de ação por estudos de interação in silico de docking molecular. Foi ainda determinado o efeito destes compostos sobre a morte celular em linhas celulares cancerígenas humanas, sendo posteriormente investigado o mecanismo de ação por avaliação da capacidade antioxidante, da indução da apoptose por citometria de fluxo e da sua interação com o DNA. Os derivados das fenazinas estudados revelaram capacidade de interação com o DNA, evidenciado mecanismos semelhantes associados ao fármaco doxorrubicina. Verificou-se um elevado potencial inibitório para derivados com substituintes de menor diâmetro molecular, N,5-dimetil-3-imino-3,5-dihidrofenazina-2-amina (1.b) e 2-hidroxi-4,8-dimetil-4,4a,10,10a-tetrahidro-3H-fenoxazina-3-ona (2.b) para a AChE e modos de interação previstos in silico semelhantes ao fármaco donepezilo. Os derivados das naftoquinonas revelaram um elevado potencial inibitório da AChE apresentando valores de inibição elevados quando funcionalizados com substituintes causadores de um aumento de densidade eletrónica nos anéis aromáticos, responsáveis pelas interações chave com a AChE, revelando modos de interação previstos in silico semelhantes ao donepezilo. Esta família de compostos revelou-se também com um elevado potencial citotóxico contra células Hep G2, apresentado o composto mais promissor, 4-(p-fenilenodiamina)-1,2-naftoquinona (4.b) um valor de EC50 (3±1 μM) próximo da doxorrubicina (1,46 μM). Em conclusão, este trabalho permitiu estabelecer a ligação entre a estrutura molecular das fenazinas e naftoquinonas e a sua atividade biológica, sendo possível também estabelecer ligações entre o tipo de alterações na estrutura destes compostos que permitem melhorar a sua atividade biológica.
- Simulação de colunas de destilação com integração interna de calor.Publication . Pires, Rúben da Costa; Silva, João Miguel Alves da; João, Isabel Maria da SilvaNos últimos anos, o consumo energético mundial tem vindo a aumentar exponencialmente sem sinais de estabilização. As indústrias químicas têm um papel preponderante neste consumo, pelos vários processos que requerem grandes quantidades de energia, como a operação unitária de destilação, que representa mais de 40 % do consumo energético da indústria. A destilação continua a ser o principal processo de separação de misturas líquidas pela sua simplicidade e conveniência. No entanto, é um processo bastante dispendioso em termos de investimento e operação e com um grande impacto energético. Posto isto, devem ser aplicados métodos de sistemas de destilação que possibilitem um aumento da eficiência energética. As colunas de destilação com integração interna de calor constituem uma das tecnologias mais eficazes ao nível de processos industriais, por reforçarem os processos de separação de misturas e produzirem poupanças energéticas superiores a métodos de destilação convencional. Neste âmbito, a presente dissertação foca-se na simulação de um processo de destilação com integração interna de calor, de uma mistura benzeno/tolueno, com recurso ao software de simulação de processos HYSYS®, baseando-se em modelos inicialmente desenvolvidos em 1970. Após a realização dos diversos casos de estudo, onde se pretendeu otimizar ambos os sistemas de destilação, verificou-se que o objetivo principal da implementação de sistemas com integração interna de calor foi cumprido. Apesar de inicialmente ser necessário um investimento adicional, dado que o sistema com integração requer mais equipamentos, este comprovou-se rentável, sendo possível obter poupanças na ordem dos 12 M €, resultando num payback time inferior a 1 ano. Comparativamente ao sistema tradicional, os resultados obtidos para a destilação com integração interna de calor revelam uma diminuição do consumo energético em aproximadamente 40 %, o que reflete a necessidade de implementação deste tipo de soluções, como forma de contributo para o aumento da eficiência energética destes processos.
- Melhorias da segurança na operação de tanques de armazenamento de substâncias perigosas numa fábrica de butadieno e ETBE/MTBE.Publication . Junqueira, Rafael Alves; Palmeira, José Valério; João, Luís Miguel Sobral PereiraA indústria Petroquímica utiliza nas suas operações de produção várias substâncias perigosas com potencial de originar explosões, fogos, ou com características tóxicas. Estas substâncias, quando no seu estado líquido, são armazenadas em tanques que precisam de ter implementados sistemas que minimizem a ocorrência dos riscos associados e tornar a operação destes equipamentos o mais segura possível. O blanketing é um sistema que cria uma barreira entre o produto inflamável e o meio exterior, com recurso a um gás inerte de forma a garantir que o espaço de vapor do equipamento possui uma atmosfera inerte e que esta é mantida durante as condições normais de operação dos tanques. Este trabalho foi realizado nas instalações do Complexo Industrial de Sines da Repsol, onde foi feito o estudo dos sistemas de blanketing dos tanques da fábrica de butadieno e etil-tert-butil-éter/metil-tert-butil-éter. Foram estudados os sistemas de blanketing do tanque de armazenamento de dimetilformamida, tanque de armazenamento de dimetilformamida recuperada e tanques de armazenamento de furfural da fábrica de butadieno. Foram também estudados os sistemas de blanketing do tanque de armazenamento de Etanol/Metanol da fábrica de etil-tert-butil-éter/metil-tert-butil-éter. Este estudo foi realizado utilizando a norma API2000, sétima edição de 2019. Esta norma define a metodologia para dimensionar as válvulas do sistema de blanketing e define os equipamentos de apoio ao sistema. Foi feita uma avaliação de riscos onde se conclui que o sistema ao ser atualizado passa de risco moderado para risco menor. Para finalizar o trabalho, foi realizado um estudo de viabilidade económica onde foi averiguado que o nível de blanketing economicamente mais viável para cada tanque é o nível 1. Com este trabalho foi possível concluir que os sistemas de blanketing atualmente instalados não estão de acordo com a norma API2000, sétima edição de 2019 e que os mesmos necessitam de ser atualizados.
- Avaliação e caracterização de bioprodutos de valor acrescentado isolados de uma microalga produzida industrialmentePublication . Gabriel, Catarina Coelho; Semedo, Magda Sofia Soares de Carvalho Cardoso Nobre; Barata, Patrícia David; Cardoso, Maria HelenaO trabalho desenvolvido teve como objetivo caracterizar biocompostos de valor acrescentado sintetizados pela microalga Chlorococcum amblystomatis. Para o efeito, foi realizado o seu crescimento em condições heterotróficas (HTN) e autotróficas (AT), sem (1) e com (2) indução de stress (privação de NO3-) em reator de coluna de bolhas (C) e em frascos (F). A extração de biomoléculas intracelulares sintetizadas pela C. amblystomatis foi efetuada por extração assistida por micro-ondas e extração contínua em Soxhlet, enquanto as biomoléculas extracelulares foram obtidas por precipitações alcoólicas. Os extratos resultantes foram avaliados em relação ao seu teor em diversas biomoléculas, nomeadamente polissacáridos, proteína total, compostos fenólicos e flavonoides totais. De um modo geral, os resultados obtidos sugerem que os meios de cultura resultantes da indução de stress exibiram maior teor em exopolissacáridos. O ensaio realizado em condições autotróficas em frascos sem indução de stress (AT_F2) apresentou os teores máximos em biocompostos intracelulares (polissacáridos ácidos, β-(1,3)-D-glucanos, proteína total, compostos fenólicos e flavonoides totais). Todos os extratos analisados apresentaram atividade antioxidante. Um dos extratos que exibiu maior conteúdo em polissacáridos neutros (MAE_AT_F1) foi fracionado por cromatografia de troca iónica. A identificação de polissacáridos nesta amostra foi realizada por eletroforese em gel de poliacrilamida utilizando diferentes métodos de coloração, tendo sido identificada a presença de ácido hialurónico e de polissacáridos de diversos tamanhos moleculares. Uma fração cromatográfica (F8) proveniente de um extrato de C. amblystomatis apresentarou atividade in vitro contra as bactérias Echerichia coli ATCC25922 e Staphylococcus aureus ATCC25923. Os extratos/amostras selecionados foram caraterizados estruturalmente por espetroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), validando a presença diversos tipos de polissacáridos, de proteínas e de lípidos. A presença de diversas biomoléculas nos extratos estudados e a sua capacidade antioxidante revelam o potencial biotecnológico de C. amblystomatis para aplicações biomédicas ou alimentar.
- Produção, isolamento e caracterização de compostos bioativos da microalga vermelha porphyridium cruentumPublication . Cintra, Carolina Leal; Semedo, Magda Sofia Soares C. C. Nobre; Martins, Sónia; Cardoso, Maria Helena SequeiraAs microalgas são reconhecidas como fonte de compostos bioativos de alto valor acrescentado, que possuem uma ampla gama de aplicações. Porphyridium cruentum é uma microalga vermelha que possui uma gama de constituintes intracelulares e extracelulares interessantes, como polissacáridos, ficobiliproteínas e ácidos gordos polinsaturados. A biomassa de P. cruentum foi produzida sob duas condições diferentes de concentração de NO3- , MN (6mM) e HN (18 mM) em diferentes escalas de produção: laboratorial e em fotobiorreatores flat panel (FBR FP), tendo sido recolhida no início da fase estacionária de crescimento. A biomassa produzida em FBR FP foi separada do meio de cultura através de ultrafiltração (UF) utilizando uma membrana polimérica de acetato de celulose (AC) de 139 kDa. A partir do meio de cultura recuperado, os polissacáridos extracelulares foram fraccionados também por UF através de duas membranas de AC com limite de exclusão molecular de 10 kDa e 4 kDa. De forma a avaliar a produção de compostos intracelulares nas diferentes condições de crescimento foram realizados dois métodos de extração: extração convencional em multi-etapas (ME) e extração assistida por micro-ondas (MAE). Os extratos resultantes foram avaliados quanto ao conteúdo em biomoléculas e propriedades antioxidantes. A biomassa produzida à escala laboratorial apresentou o maior conteúdo em biomoléculas intracelulares, sendo possível alcançar 1270,230 ± 105,960 mg de polissacáridos neutros/g biomassa, 81,263 ± 2,656 mg de polissacáridos sulfatados/g biomassa e 36,858 ± 0,702 mg de proteína total/g biomassa, obtido por ME. Já a biomassa produzida em FBR FP apresentou o maior conteúdo em compostos fenólicos totais e flavonóides totais, alcançando 8,665 ± 0,181 mg GAE/g biomassa e 51,782 ± 2,315 mg CE/g biomassa, respetivamente, obtido por MAE utilizando KOH 0,1 M como solvente. O extrato FHCl proveniente da ME realizada a MN1 foi ainda sujeito a fracionamento por cromatografia de troca iónica. De forma a identificar diferenças estruturais nos extratos, caracterizar parcialmente biomoléculas detetadas e avaliar as propriedades fotofísicas foram aplicadas as técnicas espetroscópicas, FTIR e espetroscopia de fluorescência, respetivamente.