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Title: Análise e modelagem do processo de criocongelamento e crioconservação de sementes de amendoin, cunha e sorgo.
Other Titles: Analysis and modeling of the cryofreezing process and cryoconservation of peanut, wedge and sorghum seeds.
Análisis y modelado del proceso de criocongelación y crioconservación de semillas de maní, gajo y sorgo.
???metadata.dc.creator???: SILVA, Virginia Mirtes de Alcântara.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: MATA, Mario Eduardo Rangel Moreira Cavalcanti.
???metadata.dc.contributor.referee1???: PASQUALI, Matheus Augusto de Bittencourt.
???metadata.dc.contributor.referee2???: DUARTE, Maria Elita Martins.
???metadata.dc.contributor.referee3???: QUEIROGA, Vicente de Paula.
???metadata.dc.contributor.referee4???: CAVALCANTI, Anna Sylvia Ramos Rangel Moreira.
Keywords: Cinética dos processos biológicos;Crioconservação;LABVIEW;Microtermopares;Entalpia;Energia livre de Gibbs;Kinetics of biological processes;Cryopreservation;Microthermocouples;Enthalpy;Gibbs free energy;Criopreservación;Energía libre de gibbs
Issue Date: 28-Feb-2020
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: SILVA, Virgínia Mirtes de Alcântara. Análise e modelagem do processo de criocongelamento e crioconservação de sementes de amendoin, cunha e sorgo. 2020. 114 fl. Tese (Doutorado em Recursos Naturais), Programa de Pós-graduação em Recursos Naturais, Centro de Tecnologias e Recursos Naturais, Universidade Federal de Campina Grande – Paraíba – Brasil, 2020. Disponível em: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/36226
???metadata.dc.description.resumo???: O germoplasma das espécies vegetais representa um importante recurso natural de alta prioridade para o mundo, pois dele derivam as soluções para a fome, para o desenvolvimento de novos medicamentos, além de fomentar a biotecnologia e a engenharia genética. A criopreservação permite a conservação dos materiais biológicos por longos períodos, com um mínimo de erosão genética e torna-se base para o desenvolvimento de novas cultivares permitindo o aumento de produtividade agrícola e do setor agroindustrial. Neste contexto, o objetivo desta pesquisa foi determinar as cinéticas de congelamento das sementes de Amendoim (Arachis hypogaea L.), sorgo (Sorghum bicolor L.) e cunhã (Clitoria ternatea L.) às temperaturas de -20oC, -50oC, -100oC e -150oC, bem como a sua crioconservação a estas mesmas temperaturas por um período de 12 meses, determinando-se a sua qualidade fisiológica. Para determinação da cinética de congelamento das sementes foi desenvolvido um sistema de aquisição de dados, utilizando microtermopares cuja faixa de temperatura mensurável foi de -170 a +180oC, com precisão de ±0,5oC. A análise dos dados experimentais foi realizada por meio do software Matlab 7, empregando-se o método de regressão não-linear de Gauss- Newton, em modelos matemáticos baseados na equação de transferência de calor de Fourier. A partir do comportamento cinético de congelamento das sementes foi possível determinar fenômenos físicos e parâmetros termodinâmicos tais como a difusividade térmica efetiva, a energia de ativação, entropia, entalpia e a energia livre de Gibbs. De acordo com os resultados obtidos verifica-se que o Modelo II de Cavalcanti-Mata & Duarte é o que melhor representa o comportamento cinético do criocongelamento das sementes, tendo em vista possuir o menor erro médio relativo P (%) para todas as temperaturas, bem como o maior coeficiente de determinação R2 . Com o Modelo de Fourier, utilizando o primeiro termo da série, e o Modelo I de Cavalcanti Mata & Duarte foi possível determinar a difusividade térmica efetiva, para as sementes de amendoim, a cunhã e o sorgo, sendo que esta difusividade aumenta com a diminuição das temperaturas estudadas. A energia de ativação que foi de 1,04 kJmol-1 e 2,21 kJmol-1 para a semente de amendoim, respectivamente para o Modelo de Fourier e o Modelo I de Cavalcanti- Mata & Duarte; de respectivamente 6,353 kJ mol-1 e 2,789 kJmol-1 para a semente de cunhã; e de respectivamente 6,671 kJmol-1 e 3,927 kJmol-1 para a semente de sorgo. A entalpia e a entropia aumentaram com a diminuição da temperatura e a energia livre de Gibbs diminuiu com a redução da temperatura, para todas as sementes em estudo. Com relação a qualidade fisiológica das sementes constatou-se que a germinação e vigor das sementes não foram alteradas quando armazenadas à temperatura de -150oC por 12 meses para sementes de cunhã e sorgo e de 3 meses para as sementes de amendoim, indicando que essas sementes podem ser crioconservadas por um período indeterminado de tempo.
Abstract: The germplasm of plant species represents an important natural resource of high priority for the world, as it derives solutions for hunger, for the development of new drugs, in addition to feeding biotechnology and genetic engineering. Cryopreservation allows the conservation of biological materials for long periods of time, with a minimum of genetic erosion and becomes the basis for the development of new cultivars, allowing greater productivity in the agricultural and agro-industrial sectors. In this context, the objective of this research was to determine the freezing kinetics of peanut (Arachis hypogaea L.), sorghum (Sorghum bicolor L.) and cunhã (Clitoria ternatea L.) seeds at temperatures of -20oC, -50oC, - 100oC and - 150oC, as well as its cryopreservation at these same temperatures for a period of time (12 months), determining its physiological quality. To determine the freezing kinetics of seeds, a data acquisition system was developed, using microthermopares whose measurable temperature range was -170 to 180oC, with an accuracy of ± 0.5oC. The analysis of the experimental data was performed in the Matlab 7 software, using the Gauss-Newton nonlinear regression method, in mathematical models based on the Fourier heat transfer equation. From the kinetic behavior of the frozen seeds, it was possible to determine physical phenomena and thermodynamic parameters, such as effective thermal diffusivity, activation energy, entropy, enthalpy and Gibbs free energy. According to the results obtained, it appears that the Model II of Cavalcanti-Mata & Duarte is the one that best represents the kinetic behavior of the freezing of the seeds, in order to have the lowest relative average error P (%) for all temperatures, as well as the highest R2 determination coefficient. With the Fourier Model, using the first term of the series, and Cavalcanti Mata & Duarte's Model I, it was possible to determine the effective thermal diffusivity for peanut, wedge and sorghum seeds, and this diffusivity increases with decreasing temperatures studied. The activation energy was 1.04 kJmol-1 and 2.21 kJmol-1 for peanut seeds, respectively for the Fourier model and the Cavalcanti-Mata & Duarte model I; 6,353 kJ mol-1 and 2,789 kJmol-1, respectively, for the cunhã seed; and 6,671 kJmol-1 and 3,927 kJmol-1 respectively for sorghum seeds. Enthalpy and entropy increased with decreasing temperature and Gibbs free energy decreased with decreasing temperature, for all seeds under study. Regarding the physiological quality of the seeds, it was found that the germination and vigor of the seeds were not altered when stored at -150oC for a period of 12 months for the seeds of wedges and sorghum and 3 months for the peanut seeds, indicating that these seeds can be cryopreserved for an indefinite period of time.
???metadata.dc.description.resumen???: El germoplasma de especies vegetales representa un importante recurso natural de alto prioridad para el mundo, como soluciones para el hambre, para desarrollo de nuevos medicamentos, además de promover la biotecnología y Ingeniería genética. La criopreservación permite la conservación de materiales biológicos durante largos períodos, con un mínimo de erosión genética y se convierte en la base para desarrollo de nuevos cultivares que permitan aumentar la productividad agrícola y del sector agroindustrial. En este contexto, el objetivo de esta investigación fue determinar la Cinética de congelación de semillas de maní (Arachis hipogaea L.), sorgo (Sorghum bicolor L.) y cunhã (Clitoria ternatea L.) a temperaturas de -20oC, -50oC, -100oC y -150oC, así como su criopreservación a estas mismas temperaturas durante un período de 12 meses, determinando su calidad fisiológica. Para determinar el Cinética de congelación de semillas, se desarrolló un sistema de adquisición de semillas. datos, utilizando microtermopares cuyo rango de temperatura medible era de -170 a +180oC, con una precisión de ±0,5oC. El análisis de los datos experimentales fue realizado por utilizando el software Matlab 7, utilizando el método de regresión no lineal gaussiana. Newton, en modelos matemáticos basados ​​en la ecuación de transferencia de calor de Fourier. A partir del comportamiento cinético de la congelación de semillas fue posible determinar fenómenos físicos y parámetros termodinámicos como la difusividad calor efectivo, energía de activación, entropía, entalpía y energía libre de Gibbs. En Según los resultados obtenidos, parece que el Modelo II de Cavalcanti-Mata & Duarte es quien mejor representa el comportamiento cinético de la criocongelación de semillas, para tener el error relativo promedio P (%) más bajo para todos temperaturas, así como el mayor coeficiente de determinación R2 con el modelo Fourier, utilizando el primer término de la serie, y Modelo I de Cavalcanti Mata & Duarte se logró determinar la difusividad térmica efectiva para semillas de maní, la cunhã y sorgo, y esta difusividad aumenta al disminuir las temperaturas estudió. La energía de activación fue de 1,04 kJmol-1 y de 2,21 kJmol-1 para la semilla. de maní, respectivamente para el Modelo Fourier y el Modelo Cavalcanti I- Mata y Duarte; de 6,353 kJ mol-1 y 2,789 kJmol-1 respectivamente para la semilla de cuña; y respectivamente 6,671 kJmol-1 y 3,927 kJmol-1 para la semilla de sorgo. A la entalpía y la entropía aumentaron al disminuir la temperatura y la energía libre de Gibbs disminuyó al disminuir la temperatura para todas las semillas en estudio. Con En relación con la calidad fisiológica de las semillas, se encontró que la germinación y vigor de las semillas las semillas no fueron alteradas cuando se almacenaron a -150oC durante 12 meses para semillas de cunhã y sorgo y 3 meses para semillas de maní, indicando que estas semillas se pueden criopreservar por tiempo indefinido.
Keywords: Cinética dos processos biológicos
Crioconservação
LABVIEW
Microtermopares
Entalpia
Energia livre de Gibbs
Kinetics of biological processes
Cryopreservation
Microthermocouples
Enthalpy
Gibbs free energy
Criopreservación
Energía libre de gibbs
???metadata.dc.subject.cnpq???: Recursos Naturais
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/36226
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