Exploring the effects of emerging technologies on food processing through molecular dynamics simulations

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Müller, Wagner Augusto
• Orientador(a): Muniz, André Rodrigues, Marczak, Ligia Damasceno Ferreira
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Palavras-chave em Português: Processos químicos : Simulação; Dinâmica molecular; Processamento de alimentos
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/271992

Simulações de dinâmica molecular têm se revelado uma ferramenta de grande utilidade na análise mecanística de diversos fenômenos em biomoléculas. Essa técnica é particularmente promissora no estudo dos efeitos de tecnologias emergentes no processamento de alimentos, embora sua aplicação nesse campo seja ainda recente. O propósito dessa tese foi empregar tais simulações para a análise de diferentes sistemas relevantes à ciência de alimentos. No primeiro estudo, adotou-se uma abordagem atomística para analisar as alterações estruturais na ovalbumina em resposta a campos elétricos. Verificou-se uma notável estabilização da estrutura secundária, além de um aumento no tamanho médio, momento de dipolo e área superficial da proteína induzidos pelos campos. Esses resultados contribuíram para a compreensão dos mecanismos que alteram as propriedades tecnológicas desta proteína quando submetidas a esses processos. No segundo estudo, investigou-se a influência da temperatura e da pressão no fenômeno da eletroporação, empregando uma abordagem de modelagem em mesoescala. Observou-se que a formação e recuperação de poro sem bicamadas lipídicas foi catalisada em temperaturas elevadas e pressões baixas. Esse comportamento cinético influenciou a migração de íons na bicamada, e combinações de baixas temperaturas e compressões de 1000 atm demonstraram o melhor desempenho para a extração iônica. No terceiro estudo, foram analisados os efeitos sinérgicos da aplicação combinada de eletroporação e sonoporação em bicamadas lipídicas. Observou-se que a redução na espessura da bicamada durante a passagem da onda ultrassônica pode catalisar a formaçãode poros, embora esse efeito se manifeste principalmente em situações em que o campo elétrico, por si só, não seria capaz de criar poros. A sinergia entre o processo de cavitação e a eletroporação resultou no efeito de combinação mais significativo, onde o nanojato gerado contribuiu para guiar o processo de formação do poro induzido pelo campo elétrico. Por fim, foi conduzida a análise de vesículas híbridas compostas por polímeros e fosfolipídeos. As simulações revelaram diversas possíveis conformações de membrana dependendo da relação lipídeo-polímero, bem como um aumento na estabilidade da membrana em frações poliméricas elevadas. Adicionalmente, a análise de um peptídeo WALP inserido na bicamada demonstrou que apenas membranas com até 50% de conteúdo de polímero favoreceram aplicações biotecnológicas. Em síntese, os estudos demonstram o potencial das simulações de dinâmica molecular em desvendar os mecanismos subjacentes a processos bioquímicos complexos em tecnologias emergentes no processamento de alimentos.