EDITORIAL

The editorial of Thermal Engineering of this issue continues the discussion on scientific research needs in vital areas in which thermal engineering has important participation. The main goal is to motivate the readers, within their specialties, to identify possible subjects for their future research. Mathematical modeling is a powerful tool used in engineering when one wants to design and optimize and equipment and/or processes. The main idea behind a mathematical model is to be able to simulate, as accurately as possible, the behavior of any physical system, real or virtual. However, the task of creating a mathematical model is far from simple. For the sake of comparison, disciplines of physics also propose mathematical models, but these models need to be universal. In engineering, this degree of universality is practically impossible. In reality, a good mathematical model for engineering is the one that is a good tool, assisting the design and optimization of equipment and systems. But which model should we choose when we find ourselves in real life engineering problems? Unfortunately, mathematical models for engineering are quite subjective. It takes into account what each author of the model saw and what problem he/she wanted to solve. That is why for the same system, for example, a shell and tube heat exchangers, there are multitude mathematical models proposed with different features, from highly complex models that use computational fluid dynamics to the simplest models used in undergraduate courses. This makes creativity and analytical skills very important when designing and optimizing a real system in view of the fact that design failures can generate monetary and human life losses. Choosing the right mathematical model is not a simple task, especially in unconsolidated areas, which are generally those where there is a great interest in applied research. Due to the very large number of existing mathematical models, engineers generally choose to propose their own mathematical model. A classification system for mathematical models would be very useful to find what mathematical models are most useful for a given situation.The mission of Thermal Engineering is to document the scientific progress in areas related to thermal engineering (e.g., energy, oil and renewable fuels). We are confident that we will continue to receive articles’ submissions that contribute to the progress of science

Modelagem matemática do crescimento microscópico de fungos filamentosos em superfícies sólidas

Resumo: O crescimento microscópico de fungos filamentosos sobre superfícies sólidas envolve uma série de processos, como translocação de nutrientes, ramificação, alongamento da hifa e diferenciação celular. Uma ferramenta capaz de integrar e compreender todos esses processos ao mesmo tempo é modelagem matemática. Porém devido a complexidade do sistema, se torna difícil a obtenção diretamente um modelo matemático global que descreva todos os processos simultaneamente. Dessa forma, é necessário dividir o sistema em sub-sistemas para que cada processo possa ser modelados separadamente e depois fundidos em um modelo global. Neste contexto, o objetivo desse trabalho foi desenvolver dois modelos matemáticos para descrever dois processos que envolvem o crescimento microscópico de fungos filamentosos sobre superfícies sólidas. O primeiro modelo foi proposto para descrever os mecanismos de translocação de nutrientes e de alongamento de uma única hifa. Nesse modelo a hifa é representada como sendo composta de cubos, que podem ser tratados como tanques em série bem agitados. A fonte de maltose (nutriente limitante) se encontrava na base da hifa e são translocados por difusão e convecção dentro da hifa. Dentro da hifa a maltose é convertida em vesículas que são transportadas até ponta por convecção. Na ponta da hifa as vesículas se fundem e alongam o comprimento da hifa. O modelo foi calibrado para descrever o comprimento de uma hifa reprodutiva de Rhyzopus oligosporus com 24 horas de alongamento. Através da análise paramétrica do modelo, os parâmetros que mais influenciaram o alongamento da hifa foram os parâmetros relacionados ao fornecimento de maltose para hifa. O segundo modelo foi proposto para descrever as regras de ramificação e os processos de diferenciação. Neste modelo o sistema foi dividido em camadas de 140 ?m onde os segmentos de hifa podem alongar a ramificar em ângulos fixos de 90°. Esse modelo foi proposto tanto para descrição das hifas aéreas quanto penetrantes. As hifas aéreas foram descritas como sendo compostas por hifas vegetativas e reprodutivas. As hifas penetrantes foram descritas como sendo compostas por hifas vegetativas e desbravadoras. Esse modelo foi capaz de descrever com precisão tanto as hifas aéreas, quanto as hifas penetrantes. Os dois modelos propostos nesse trabalho podem ser fundidos em único modelo que seria capaz de descrever a maioria dos processos que ocorrem durante o crescimento microscópico de fungos filamentosos sobre superfícies sólidas

Concepção, construção e operação de um biodigestor e modelagem matemática da biogestão anaeróbica

Orientador: Prof. David Alexander Mitchell, PhDCo-orientador: Prof. José Viriato C. Vargas, PhDDissertaçao (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduaçao em Engenharia - PIPE. Defesa: Curitiba, 09/09/2008Inclui bibliografiaÁrea de concentraçao: Engenharia e ciencias de materiai

Inhibicija supstrata za proizvodnju tirozinaze s pomoću gljive Lentinula boryana (Berk. & Mont.) Pegler prekurzorom dopamina (L-DOPA)

We undertook a preliminary characterization of the tyrosinase produced by a strain of Lentinula boryana from Brazil, with a view to evaluate its potential for biotechnological applications. The enzyme was similar to other fungal tyrosinases in many respects. When the crude extract was characterized, the tyrosinase activity was optimal at pH=6 and was not particularly thermostable, with half-lives of about 10 min and 1 min at 50 and 60 °C, respectively. We purified the enzyme with ammonium sulfate precipitation followed by ion exchange chromatography on a DEAE Sepharose column, obtaining a yield of 33 % and a 5.3-fold enrichment. The purified preparation gave three bands on SDS-PAGE, with molecular masses of 20, 27 and 47 kDa. This preparation showed substrate inhibition kinetics with L-DOPA (3,4-dihydroxy-L-phenylalanine), with a KM of 1.9 mM and a KI of 72 mM. Under the same reaction conditions, a commercial mushroom tyrosinase followed Michaelis-Menten kinetics, with a KM of 0.51 mM. Although the present study did not identify properties that would make the tyrosinase of L. boryana more suitable in biotechnological applications than tyrosinases from other mushrooms, it has made a contribution by showing that the enzyme suffers substrate inhibition by L-DOPA, something that has not previously been reported for mushroom tyrosinases.Provedena je preliminarna karakterizacija tirozinaze proizvedene brazilskim sojem gljive Lentinula boryana, radi procjene moguće primjene u biotehnologiji. Enzim je po mnogo čemu sličan tirozinazama drugih gljiva. Nakon karakterizacije sirovog ekstrakta, aktivnost tirozinaze bila je optimalna pri pH=6 i ne osobito termostabilna, s poluvremenom raspada od 10 i 1 min pri 50 i 60 °C. Enzim je pročišćen taloženjem pomoću amonijeva sulfata i ionskom kromatografijom na koloni DEAE-sefaroze, s prinosom od 33 % i faktorom obogaćivanja od 5,3. Primjenom metode SDS-PAGE dobivene su 3 trake pročišćenoga proizvoda, molekularne mase od 20, 27 i 47 kDa. Pokazatelji kinetike inhibicije supstrata tog proizvoda s L-DOPA (3,4-dihidroksi-L-fenilalaninom) iznosili su KM=1.9 mM i KI=72 mM. U istim uvjetima reakcije tirozinaza iz komercijalnih gljiva ponašala se prema Michaelis-Mentenovom modelu s vrijednošću KM=0,51 mM. Iako ovim istraživanjem nije ustanovljeno da je tirozinaza iz gljive L. boryana najprikladnija za biotehnološku primjenu, ipak je pridonijelo spoznajom da L-DOPA utječe na inhibiciju supstrata enzima, što dosad nije bilo poznato

A Model of the Effect of the Microbial Biomass on the Isotherm of the Fermenting Solids in Solid-State Fermentation

U radu su uspoređene izoterme zrna soje s izotermama fermentiranih zrna s pomoću plijesni Rhizopus oryzae, pri čemu se pokazalo da biomasa utječe na izotermu fermentirajućih tvari pri uzgoju na čvrstoj podlozi. Postavljene su jednadžbe za izračun udjela vode u biomasi i ostatku supstrata te aktivnost vode, u usporedbi s ukupnom količinom vode u fermentirajućoj čvrstoj tvari. Primjenom matematičkog modela za bioreaktor s dobrim miješanjem provedena su istraživanja koja su pokazala da dodatak vode, izračunat na osnovi pretpostavke da fermentirajuće čvrste tvari imaju istu izotermu kao i supstrat, omogućava slabi rast jer dodana voda ne zadržava aktivnost koja potiče rast plijesni. Zaključeno je da se pri matematičkom modeliranju bioreaktora za uzgoj na čvrstoj podlozi mora uzeti u obzir utjecaj mikrobne biomase na izotermu fermentirajućih tvari.We compare isotherms for soybeans and soybeans fermented with Rhizopus oryzae, showing that in solid-state fermentation the biomass affects the isotherm of the fermenting solids. Equations are developed to calculate, for a given overall water content of the fermenting solids, the water contents of the biomass and residual substrate, as well as the water activity. A case study, undertaken using a mathematical model of a well-mixed bioreactor, shows that if water additions are made on the basis of the assumption that fermenting solids have the same isotherm as the substrate itself, poor growth can result since the added water does not maintain the water activity at levels favorable for growth. We conclude that the effect of the microbial biomass on the isotherm of the fermenting solids must be taken into account in mathematical models of solid-state fermentation bioreactors

Inhibicija supstrata za proizvodnju tirozinaze s pomoću gljive Lentinula boryana (Berk. & Mont.) Pegler prekurzorom dopamina (L-DOPA)

We undertook a preliminary characterization of the tyrosinase produced by a strain of Lentinula boryana from Brazil, with a view to evaluate its potential for biotechnological applications. The enzyme was similar to other fungal tyrosinases in many respects. When the crude extract was characterized, the tyrosinase activity was optimal at pH=6 and was not particularly thermostable, with half-lives of about 10 min and 1 min at 50 and 60 °C, respectively. We purified the enzyme with ammonium sulfate precipitation followed by ion exchange chromatography on a DEAE Sepharose column, obtaining a yield of 33 % and a 5.3-fold enrichment. The purified preparation gave three bands on SDS-PAGE, with molecular masses of 20, 27 and 47 kDa. This preparation showed substrate inhibition kinetics with L-DOPA (3,4-dihydroxy-L-phenylalanine), with a KM of 1.9 mM and a KI of 72 mM. Under the same reaction conditions, a commercial mushroom tyrosinase followed Michaelis-Menten kinetics, with a KM of 0.51 mM. Although the present study did not identify properties that would make the tyrosinase of L. boryana more suitable in biotechnological applications than tyrosinases from other mushrooms, it has made a contribution by showing that the enzyme suffers substrate inhibition by L-DOPA, something that has not previously been reported for mushroom tyrosinases.Provedena je preliminarna karakterizacija tirozinaze proizvedene brazilskim sojem gljive Lentinula boryana, radi procjene moguće primjene u biotehnologiji. Enzim je po mnogo čemu sličan tirozinazama drugih gljiva. Nakon karakterizacije sirovog ekstrakta, aktivnost tirozinaze bila je optimalna pri pH=6 i ne osobito termostabilna, s poluvremenom raspada od 10 i 1 min pri 50 i 60 °C. Enzim je pročišćen taloženjem pomoću amonijeva sulfata i ionskom kromatografijom na koloni DEAE-sefaroze, s prinosom od 33 % i faktorom obogaćivanja od 5,3. Primjenom metode SDS-PAGE dobivene su 3 trake pročišćenoga proizvoda, molekularne mase od 20, 27 i 47 kDa. Pokazatelji kinetike inhibicije supstrata tog proizvoda s L-DOPA (3,4-dihidroksi-L-fenilalaninom) iznosili su KM=1.9 mM i KI=72 mM. U istim uvjetima reakcije tirozinaza iz komercijalnih gljiva ponašala se prema Michaelis-Mentenovom modelu s vrijednošću KM=0,51 mM. Iako ovim istraživanjem nije ustanovljeno da je tirozinaza iz gljive L. boryana najprikladnija za biotehnološku primjenu, ipak je pridonijelo spoznajom da L-DOPA utječe na inhibiciju supstrata enzima, što dosad nije bilo poznato

Modelagem matemática do crescimento microscópico de fungos filamentosos em superfícies sólidas

Resumo: O crescimento microscópico de fungos filamentosos sobre superfícies sólidas envolve uma série de processos, como translocação de nutrientes, ramificação, alongamento da hifa e diferenciação celular. Uma ferramenta capaz de integrar e compreender todos esses processos ao mesmo tempo é modelagem matemática. Porém devido a complexidade do sistema, se torna difícil a obtenção diretamente um modelo matemático global que descreva todos os processos simultaneamente. Dessa forma, é necessário dividir o sistema em sub-sistemas para que cada processo possa ser modelados separadamente e depois fundidos em um modelo global. Neste contexto, o objetivo desse trabalho foi desenvolver dois modelos matemáticos para descrever dois processos que envolvem o crescimento microscópico de fungos filamentosos sobre superfícies sólidas. O primeiro modelo foi proposto para descrever os mecanismos de translocação de nutrientes e de alongamento de uma única hifa. Nesse modelo a hifa é representada como sendo composta de cubos, que podem ser tratados como tanques em série bem agitados. A fonte de maltose (nutriente limitante) se encontrava na base da hifa e são translocados por difusão e convecção dentro da hifa. Dentro da hifa a maltose é convertida em vesículas que são transportadas até ponta por convecção. Na ponta da hifa as vesículas se fundem e alongam o comprimento da hifa. O modelo foi calibrado para descrever o comprimento de uma hifa reprodutiva de Rhyzopus oligosporus com 24 horas de alongamento. Através da análise paramétrica do modelo, os parâmetros que mais influenciaram o alongamento da hifa foram os parâmetros relacionados ao fornecimento de maltose para hifa. O segundo modelo foi proposto para descrever as regras de ramificação e os processos de diferenciação. Neste modelo o sistema foi dividido em camadas de 140 ?m onde os segmentos de hifa podem alongar a ramificar em ângulos fixos de 90°. Esse modelo foi proposto tanto para descrição das hifas aéreas quanto penetrantes. As hifas aéreas foram descritas como sendo compostas por hifas vegetativas e reprodutivas. As hifas penetrantes foram descritas como sendo compostas por hifas vegetativas e desbravadoras. Esse modelo foi capaz de descrever com precisão tanto as hifas aéreas, quanto as hifas penetrantes. Os dois modelos propostos nesse trabalho podem ser fundidos em único modelo que seria capaz de descrever a maioria dos processos que ocorrem durante o crescimento microscópico de fungos filamentosos sobre superfícies sólidas

Concepção, construção e operação de um biodigestor e modelagem matemática da biogestão anaeróbica

Orientador: Prof. David Alexander Mitchell, PhDCo-orientador: Prof. José Viriato C. Vargas, PhDDissertaçao (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduaçao em Engenharia - PIPE. Defesa: Curitiba, 09/09/2008Inclui bibliografiaÁrea de concentraçao: Engenharia e ciencias de materiai

The Tyrosinase Produced by Lentinula boryana (Berk. & Mont.) Pegler Suffers Substrate Inhibition by L-DOPA

We undertook a preliminary characterization of the tyrosinase produced by a strain of Lentinula boryana from Brazil, with a view to evaluate its potential for biotechnological applications. The enzyme was similar to other fungal tyrosinases in many respects. When the crude extract was characterized, the tyrosinase activity was optimal at pH=6 and was not particularly thermostable, with half-lives of about 10 min and 1 min at 50 and 60 °C, respectively. We purified the enzyme with ammonium sulfate precipitation followed by ion exchange chromatography on a DEAE Sepharose column, obtaining a yield of 33 % and a 5.3-fold enrichment. The purified preparation gave three bands on SDS-PAGE, with molecular masses of 20, 27 and 47 kDa. This preparation showed substrate inhibition kinetics with L-DOPA (3,4-dihydroxy-L-phenylalanine), with a KM of 1.9 mM and a KI of 72 mM. Under the same reaction conditions, a commercial mushroom tyrosinase followed Michaelis-Menten kinetics, with a KM of 0.51 mM. Although the present study did not identify properties that would make the tyrosinase of L. boryana more suitable in biotechnological applications than tyrosinases from other mushrooms, it has made a contribution by showing that the enzyme suffers substrate inhibition by L-DOPA, something that has not previously been reported for mushroom tyrosinases