Ciências Exatas e Tecnológicas
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Item Desenvolvimento de modelos mecanísticos via CFD: análise dos fenômenos de transporte para fins de biosseparação em matrizes cromatográficas monolíticas(Universidade Federal de Viçosa, 2021-08-03) Coimbra, Jamille Coelho; Minim, Luis Antônio; http://lattes.cnpq.br/8704561676151359Many studies have been developed concerning the preparation, modification and characterization of monolithic macroporous matrices. On the other hand, the investigation of transport phenomena in these matrices remains little explored. In this sense, the area of mathematical modeling offers alternatives to better understand the processes at the micro and macro level in these matrices. In the field of preparative chromatography, the geometrical and structural characteristics of the monolithic medium have a significant effect on transport properties, but few studies incorporate such characteristics in mathematical models to improve predictions. This work proposed to develop mathematical models, via computational fluid dynamics (CFD), that are able to predict different process scenarios and enable more assertive decision making for bioseparation purposes. The chromatographic support analyzed was the spongy, macroporous, highly interconnected polymeric matrix known as cryogel. These adsorbents offer low resistance to mass transfer and advection tends to be predominant. In order to better evaluate these mechanisms, the approach adopted here combines simultaneous mass transfer and fluid dynamics by coupling the momentum conservation laws into the mass conservation model. In all the proposed models of this thesis, a predominance of advection is perceived, through the scale analysis, represented by the Péclet's dimensionless number. Furthermore, it can be seen that the adsorption process is sensitive to changes in the velocity profiles, which are affected by the geometry of the porous medium. In parallel, the geometry of the monolithic medium influences the acceleration, vorticity, and deceleration profiles of the flow, which can promote different responses to the mass transfer process. New proposals for representative geometry of monolithic porous media have been encouraged for some years, although few applications are attributed to cryogels. Therefore, the thesis presents strategies for studying and evaluating transport phenomena in macroporous cryogels through mechanistic modeling using simplified representations of the monolithic network. Keywords: Mathematical modeling. Cryogel. Monolithic network. Transport phenomena. Cromatography. Computational Fluid Dynamics (CFD).Item Modelagem da adesão e formação de biofilme em monocultura de Escherichia coli, Listeria monocytogenes e Salmonella enterica subsp. enterica e avaliação da interação em cocultura com Enterococcus faecalis(Universidade Federal de Viçosa, 2018-05-24) Alves, Roberta Barbosa Teodoro; Pena, Wilmer Edgar Luera; http://lattes.cnpq.br/8933004880646704A adesão e formação de biofilmes por bactérias patogênicas e deteriorantes são indesejáveis na indústria de alimentos devido aos problemas de contaminação e a difícil remoção no processo de higienização. Desta forma, é importante quantificar e minimizar o risco de adesão e fatores que o afeta, uma ferramenta para 1sso é utilizar a microbiologia preditiva, que permite prever as influências das condições ambientais no comportamento microbiano. Além disso, os biofilmes são formados por várias espécies bacterianas, e possíveis Interações entre as espécies podem ocorrer, por exemplo, as interações sinérgicas podem tornar os membros desta comunidade mais tolerantes e resistentes aos sanitizantes, já nas interações competitivas ou antagônicas pode ocorrer a presença de micro-organismos inibidores de outros individuos nos biofilmes. Nesse contexto, a primeira parte do trabalho aborda o desenvolvimento de modelos matemáticos preditivos de adesão e formação de biofilmes das bactérias Escherichia coli, Listeria monocytogenes, e Salmonella enterica subsp. enterica e E. faecalis, em função dos efeitos do pH e temperatura. Utilizou-se microplacas de poliestireno com 96 poços contendo caldo Brain Heart Infusion em pH ajustado para a adesão e formação de biofilmes, os ensaios foram conduzidos em diferentes combinações de pH (4, 5,6, 7,8,€e 9) e temperatura (5 °C, 15°C, 25 °C, 25 °C e 45 °C). Com os dados experimentais, modelos de probabilidade de regressao logistica foram construidos para cada bacteria, os modelos apresentaram bom ajuste com poder preditivo adequado e, verificou-se que com o aumento da temperatura o risco de o evento acontecer é maior. Na segunda parte do estudo os objetivos foram verificar as interações sinérgicas em cocultura entre as bactérias e avaliar a capacidade antagônica de E. faecalis em competir, excluir ou deslocar os patógenos durante a formação dos biofilmes em diferentes temperaturas e correlacionar essa inibição com as propriedades de autoagregação e coagregação. Finalmente, determinar a cinética de inativação dos micro-organismos patogênicos presentes nos biofilmes em monocultura e em cocultura com E. faecalis sob ação do sanitizantes dicloroisocianurato de sódio e cloreto de benzalcônio e avaliar se houve aumento da resistência para inativação dos biofilmes quando cultivados em cocultura. Poucas ocorrências de efeitos sinérgicos foram encontradas na formação de biofilmes entre os isolados, em 144 combinações houve somente quatro efeitos sinérgicos que foram: S. enterica e L. monocytogenes nas temperaturas de 15 CempH8€e9,a25 CempH8e também E. coli e E. faecalis na temperatura de 35 CepH8. E. faecalis teve pouca capacidade em inibir a formação de biofilmes dos patógenos, promovendo baixas reduções decimais (<1 ciclos log) pelos três mecanismos investigados: competição, exclusão ou deslocamento. A capacidade de coagregação de E. faecalis com os patógenos também foi baixa e, esta baixa porcentagem de coagregação (< 20%) pode indicar porque houve pouca capacidade de inibir ou diminuir a adesão desses patógenos pelos mecanismos de inibição de biofilmes testados. As cinéticas de inativacao dos biofilmes dos patógenos em monocultura ou cocultura com E. faecalis sob ação dos sanitizantes teve um bom ajuste ao modelo bifásico de Cerf, e permitiu informações detalhadas sobre as taxas de inativação correspondentes às subpopulações sensíveis e resistentes e com base nas análises dos parâmetros cinéticos f, kmax, kmax? € valores D, além do tempo de redução de 4 ciclos log ficou claro que não houve aumento da resistência do composto clorado na inativação de todos os patógenos nos biofilmes em cocultura. Nos biofilmes de Salmonella e E. coli em cocultura com E. faecalis também não apresentaram resistência ao cloreto de benzalcônio, entretanto, Listeria em biofilmes de cocultura com E. faecalis, demostrou pelos paramentros cinéticos que ocorreu um aumento da resistência ao cloreto de benzalcônio. As imagens de microscopia eletrônica de varredura obtidas para o biofilme em monocultura e cocultura mostraram que não houve diferença visual na arquitetura dos biofilmes para as espécies estudadas.