Na produção do etanol a etapa mais importante e crítica é a fermentação, por isso, há necessidade de focar a atenção ao processo e contaminações. Os contaminantes bacterianos de maior presença nessa etapa são os Lactobacillus. Com essa preocupação os objetivos deste trabalho são mostrar alternativas a redução desses contaminantes sendo eles no caldo ou no fermento (leveduras). Para isso amostras de caldo de cana-de-açúcar contaminados in vitro, individualmente, com sete diferentes espécies de Lactobacillus foram submetidas ao tratamento térmico visando confirmar a sensibilidade das mesmas à temperatura da água em ebulição. Amostras do caldo de cana-de-açúcar foram colocadas em uma cuba de clarificação com a água em ebulição. Foram retiradas amostras em diferentes tempos (0, 2, 3, 4 e 5 minutos) para que realizasse contagens (UFC/mL). Como já era esperado, as bactérias em questão se mostraram sensíveis à altas temperaturas não sobrevivendo por mais de 4 minutos. E com isso levantou-se a hipótese destas estarem presentes em dornas de fermentação devido à falhas de processamento (como uma clarificação ineficiente) e recontaminações posteriores. O projeto teve como objetivo também buscar uma alternativa ao tratamento ácido (ácido sulfúrico), utilizado como forma de descontaminação das leveduras (fermento). Foram utilizadas diferentes soluções alcoólicas (15, 20, 25, 30 e 35 % v/v) e em diferentes pH (2,5 e 6,0). Estas foram contaminadas, individualmente, com as mesmas sete diferentes espécies de Lactobacillus para verificação de sua sensibilidade ao etanol. Nos tempos (0, 30, 60, 90 e 120 minutos) foram retiradas amostras para contagens (UFC/mL). Os Lactobacillus se mostraram sensíveis ao etanol sendo mais evidente a concentrações maiores que 20% v/v. / In the ethanol production the most important and critical stage is the fermentation, therefore the necessity of focusing the attention to the process and contaminations. The contaminants of bigger presence in this stage are the Lactobacillus. With this concern the purpose of this work are shown alternatives to these contaminants. For that, samples of sugar cane broth contaminated in vitro, with seven different Lactobacillus species were subjected to the thermal treatment aiming to confirm the sensitivity of them at temperature of boiling water. Samples of sugar cane broth were placed in clarification vat with boiling water and were withdrawn in different times (0, 2, 3, 4 and 5 minutes) so that it carried out counting (UFC/mL), checking the sensitivity of microorganisms to temperature. As was expected, the bacteria in question were sensitive not survive for more than 4 minutes. And with that raised the possibility of they were present in fermentation tanks due to the failure of processing (like an inefficient clarification) and subsequent recontamination. The purpose of the project is also find an alternative to acid treatment (sulphuric acid), used as decontamination form of the yeast (leaven). Were used different alcoholic solutions (15, 20, 25, 30 and 35 % v/v) and in different pH (2,5 and 6,0). These were contaminated (separately) in laboratory with the same seven different lactobacillus genus for checking their sensitivity to ethanol. At times (0, 30, 60, 90 and 120 minutes) samples were withdrawn for counts (UFC / mL). The Lactobacillus were sensitive to ethanol, being more evident at 20% v / v.

La micro-oxygénation des vins, par la dispersion de bulles d’oxygène, est une pratique de plus en plus utilisée dans le domaine de l’œnologie. Cette technique n’est pas toujours convenablement maitrisée par manque de connaissances scientifiques sur les paramètres régissant le transfert de l’oxygène. La recherche s'est focalisée sur l'étude des coefficients de transfert en fonction des composés du vin (CO2, éthanol, sucrose, consommateurs d’oxygène) et des conditions opératoires (type de diffuseur, température, rapport entre hauteur et diamètre du contenant de liquide). Les résultats montrent que lors de la micro-oxygénation, le dioxyde de carbone dissous et le sucrose ont une incidence négative sur le transfert alors que la présence d’éthanol améliore le transfert. En ce qui concerne les conditions opératoires, l’augmentation de débit de gaz et l’augmentation de rapport entre la hauteur et le diamètre de la cuve de micro-oxygénation joue positivement sur le transfert d’oxygène La surface spécifique des bulles et le coefficient de transfert de matière ont pu être dissociés pour les vins. La nature tensio-active des composés du vin semble être un élément important sur le transfert de matière. Les connaissances acquises ont été appliquées à la micro-oxygénation au cours de deux étapes de l'élaboration des vins : la fermentation alcoolique avec la maitrise de l’apport d’oxygène et la simulation de la technique d’élevage en barrique par micro-oxygénation couplée à l’ajout de copeaux de bois. Une nouvelle approche concerne l'étude d'un contacteur membranaire qui permet le transfert d’oxygène par diffusion. / Micro-oxygenation of the wines, by the dispersion of oxygen bubbles, is a practice increasingly used in oenology. This technique is not always suitably controlled for lack of scientific knowledge on the parameters governing the transfer of oxygen. Research was focused on the study of transfer coefficients in function of wine components (CO2, ethanol, sucrose, consuming oxygen) and of operating conditions (type of diffuser, temperature, relationship between height and diameter of the container of liquid). The results show that during micro-oxygenation, the dissolved carbon dioxide and the sucrose have a negative incidence on the transfer whereas the presence of ethanol improves the transfer. As operating conditions are concerned, the increase in gas output and the increase in micro-oxygenation tank height/diameter ratio positively influence oxygen transfer. For wines, the specific surface of the bubbles and the mass transfer coefficient could be dissociated. The surfactant nature of wine components seems to be the most important factor in mass transfer. The knowledge so acquired was applied to micro-oxygenation during two stages of wine making: alcoholic fermentation with the oxygen yield control and the simulation of ageing technique in barrels coupled with the wood chips addition. A new approach relates to the study of a membrane contactor application allowing the oxygen transfer by diffusion.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία έγινε εφαρμογή της Στερικής Μονοφασικής Χρωματογραφίας Χρωματογραφίας βαρυτικού Πεδίου (Μ.Χ.Β.Π.), στη μελέτη της επίδρασης της θερμοκρασίας και του pH, στην καταλυτική δραστικότητα εμπορικών στελεχών ζύμης Saccharomyces Cerevisiae. Η τεχνική αυτή είναι απλή, αλλά ευρέως διαδεδομένη τα τελευταία χρόνια, κυρίως για τον προσδιορισμό μεγέθους διαφόρων μορίων και σωματιδίων. Σε αντίθεση με την κλασική χρωματογραφία, στην οποία είναι απαραίτητη η ύπαρξη στατικής φάσης για να επιτευχθεί ο διαχωρισμός των σωματιδίων, στην μονοφασική χρωματογραφία ο διαχωρισμός επιτυγχάνεται με την εφαρμογή κάποιου εξωτερικού πεδίου, που στην προκειμένη περίπτωση είναι το βαρυτικό πεδίο. Η τεχνική αυτή έχει μεγάλο εύρος εφαρμογών, όπως στο διαχωρισμό κολλοειδών σωματιδίων, σωματιδίων αμύλου, κυττάρων ζυμών, καθώς και στην ανάλυση ουσιών με περιβαλλοντικό και φαρμακευτικό ενδιαφέρον. Στην κανονική Μ.Χ.Π όσο μεγαλύτερη μάζα έχουν τα σωματίδια, τόσο πιο αργά θα εκλούονται από την στήλη. Μετά όμως από ένα κρίσιμο όριο η ισορροπία αυτή αντιστρέφεται και τα μεγαλύτερα σωματίδια εκλούονται πρώτα. Σε αυτό το σημείο αρχίζει η εφαρμογή της στερικής Μ.Χ.Β.Π. Ανάλογα με το είδος των κυττάρων που θέλουμε να διαχωρίσουμε καθορίζεται και το εξωτερικό πεδίο που θα εφαρμόσουμε. Με αποτέλεσμα να προκύπτουν και τα διαφορετικά ήδη της μονοφασικής χρωματογραφίας. Στην παρούσα εργασία η Μ.Χ.Β.Π χρησιμοποιήθηκε για την μελέτη και τον χαρακτηρισμό κυττάρων ζύμης, αλλά και για τη συγκριτική μελέτη πάνω στον χρόνο ζύμωσης αλλά και τρόπο ανάπτυξης τους σε θρεπτικά διαλύματα διαφορετικών θερμοκρασιών και pH. Στην παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκαν τα στελέχη Zymaflore F-10 και Zymaflore X-5 της ζύμης Saccharomyces cerevisiae. Οι θερμοκρασίες οι οποίες μελετήθηκαν είναι οι 15οC, 20οC, 25 οC και 30 οC , ενώ οι τιμές pH είναι 3,0 , 4,0 , 5,0 και 6,0. Με βάση τα πειραματικά αποτελέσματα καταλήξαμε στο συμπέρασμα ότι τα κύτταρα Zymaflore X-5 παρουσιάζουν μικρότερους χρόνους ζύμωσης σε όλες τις τιμές pH και θερμοκρασίας, σε σχέση με τα κύτταρα Zymaflore F-10. Επίσης, βρέθηκε ότι το βέλτιστο pH και για τα δύο στελέχη είναι το pH 5,0, το οποίο είναι και το pH του θρεπτικού, ενώ η βέλτιστη θερμοκρασία ζύμωσης είναι αυτή των 30 οC / In this study the analytical technique of Gravitational Field- Flow Fractionation (Gr-FFF), which is a type of Field Flow Fractionation ( F.F.F. ), was used for the study of the influence of the temperature and pH on the catalytic activity of varying commercial yeast strains of Saccharomyces Cerevisiae. It is a relatively new, simple, low cost and high accuracy technique, which allows the separation of samples according to their size. The F.F.F. technique has been applied for the separation and characterization of colloids, such as yeast cells, proteins, starch granules, polymers, etc. In F.F.F. the separation take place by applying an external field. According to the type of external field which is used for the separation, the different types of the F.F.F. are result. The Gg.F.F.F. separates the particles based on their mass. When the separation takes part in particles of the same chemical composition, which have the same density, the separation is based to their size. In normal F.F.F. the bigger particles take more time to elute, although under a critical size the separation overbalanced and bigger particles do not react to the external force, so they eluted first from the column. This type of F.F.F. is called steric F.F.F, and is the type of FFF we used in the present study The aim of this study was the separation, categorize and the distinction of the phases of yeast cells, during the alcoholic fermentation at different pH and temperature values. The yeast we study, were the Zymaflore F-10 and Zymaflore X-5, two different parts of Saccharomyces Cerevisiae yeast. The pH scale was 3,0 , 4,0, 5,0 and 6,0 and the temperatures were 15οC, 20οC, 25 οC and 30 οC. From the experimental results we concluded that Zymaflore X-5 cells, have the ability to complete the fermentation process, in smaller time periods at all pH and temperature values compared with Zymaflore F-10 cells. Also, we concluded that the optimum pH value for both strains is pH 5,0 , which is the pH of the medium, while the optimum fermentation temperature is 30 ° C

Diese Arbeit hat das Ziel zu prüfen, inwieweit Energiepflanzen, die zur Erzeugung von Bioethanol verwendet werden sollen, für eine Phytoremediation SM-kontaminierter Flächen geeignet sind. In den durchgeführten Arbeiten wurden Topinambur/Kartoffel (Knollen-pflanzen), Zuckerrübe und Winterroggen auf SM/R- haltigem Boden angebaut und die Abhängigkeit des Pflanzenwachstums und der SM-Aufnahme von den SM/R- Konzentrationen, den pH- Bedingungen und der Zugabe verschiedener Zuschlagsstoffe (zur Verbesserung der Bodenbedingungen und des Pflanzenwachstums) untersucht. Anschließend wurden Gärversuche zur Erzeugung von Bioethanol mit den belasteten Pflanzenresten durchgeführt. Weiterhin wurde auch eine Bilanzierung des Verbleibs von Schwermetallen in den verschiedenen Produkt- und Abproduktströmen durchgeführt. Um die Praktikabilität dieses Verfahrens zu untersuchen, wurde am Ende dieser Arbeit eine Energiebilanz durchgeführt sowie die Wirtschaftlichkeit betrachtet. Eine solche Kopplung der Phytoremediation mit einer anschließenden Erzeugung von Bioethanol ist bisher noch nicht aus der Literatur bekannt. Im Laufe der Arbeiten und Versuche hat sich gezeigt, dass der Anbau von Kartoffeln, Roggen und Topinambur auch unter den vorhandenen Bodenbedingungen (niedriger pH-Wert, wenig verfügbarer Stickstoff und Phosphor) uneingeschränkt möglich ist. Die Erträge von Topinambur und Winterroggen waren am besten bei mineralischer Düngung, ohne eine Intervention im organischen Substanzgehalt und im pH-Wert des Bodens, aber nur durch ausreichende Düngung mit Stickstoff. Die Vergärung aller Pflanzen verläuft unproblematisch, die Ausbeute aus 100 kg Rohstoff ist vergleichbar mit unkontaminiertem Pflanzenmaterial. Die Gärflüssigkeit aus der Vergärung aller Pflanzen und der feste Gärrest aus der Winterroggen- und Zuckerrübenvergärung lässt sich gesetzeskonform als Dünger nutzen. Der feste Gärrest aus der Kartoffel- und Topinamburgärung darf wegen einer Überschreitung der Grenzwerte von Cd und Ni nicht als Dünger verwertet werden. Er muss einer anderen Verwendung zugeführt werden (z.B. Verbrennung und Deponie). Der beste Austrag von Metallen pro Hektar in einer Vegetationszeit kann mit Topinambur erreicht werden (5189 g Al, 568 g Ni, 18,6 g Cd und 2,1 g U). Das Energiegewinn/Energieeintrag-Verhältnis, wenn nur die Pflanzenteile, die Stärke oder direkt vergärbare Zucker enthalten, in Alkohol umgewandelt werden, überschritt im Fall der Kartoffel (1,13) und des Winterroggens (1,16) den Wert 1 und im Fall der Zuckerrübe wurde fast der Wert 1 erreicht. Ein monetärer Gewinn ist zu erzielen mit der Alkoholherstellung aus Zuckerrüben, Winterroggen und Kartoffeln. Den besten Gewinn gewährleisten die Zuckerrübe mit über 1000 €/ha und der Winterroggen mit 447 €/ha. Ein solches Verfahren kann einen Beitrag zur schonenden Rekultivierung schwermetall-kontaminierter Flächen leisten (Habitaterhaltung, geringere Hypotheken für zukünftige Generationen), die Kosten der gesamten Sanierung durch einen Erlös senken sowie einen Beitrag zur Erzeugung eines CO2-neutralen Energieträgers leisten.

Diese Arbeit hat das Ziel zu prüfen, inwieweit Energiepflanzen, die zur Erzeugung von Bioethanol verwendet werden sollen, für eine Phytoremediation SM-kontaminierter Flächen geeignet sind. In den durchgeführten Arbeiten wurden Topinambur/Kartoffel (Knollen-pflanzen), Zuckerrübe und Winterroggen auf SM/R- haltigem Boden angebaut und die Abhängigkeit des Pflanzenwachstums und der SM-Aufnahme von den SM/R- Konzentrationen, den pH- Bedingungen und der Zugabe verschiedener Zuschlagsstoffe (zur Verbesserung der Bodenbedingungen und des Pflanzenwachstums) untersucht. Anschließend wurden Gärversuche zur Erzeugung von Bioethanol mit den belasteten Pflanzenresten durchgeführt. Weiterhin wurde auch eine Bilanzierung des Verbleibs von Schwermetallen in den verschiedenen Produkt- und Abproduktströmen durchgeführt. Um die Praktikabilität dieses Verfahrens zu untersuchen, wurde am Ende dieser Arbeit eine Energiebilanz durchgeführt sowie die Wirtschaftlichkeit betrachtet. Eine solche Kopplung der Phytoremediation mit einer anschließenden Erzeugung von Bioethanol ist bisher noch nicht aus der Literatur bekannt. Im Laufe der Arbeiten und Versuche hat sich gezeigt, dass der Anbau von Kartoffeln, Roggen und Topinambur auch unter den vorhandenen Bodenbedingungen (niedriger pH-Wert, wenig verfügbarer Stickstoff und Phosphor) uneingeschränkt möglich ist. Die Erträge von Topinambur und Winterroggen waren am besten bei mineralischer Düngung, ohne eine Intervention im organischen Substanzgehalt und im pH-Wert des Bodens, aber nur durch ausreichende Düngung mit Stickstoff. Die Vergärung aller Pflanzen verläuft unproblematisch, die Ausbeute aus 100 kg Rohstoff ist vergleichbar mit unkontaminiertem Pflanzenmaterial. Die Gärflüssigkeit aus der Vergärung aller Pflanzen und der feste Gärrest aus der Winterroggen- und Zuckerrübenvergärung lässt sich gesetzeskonform als Dünger nutzen. Der feste Gärrest aus der Kartoffel- und Topinamburgärung darf wegen einer Überschreitung der Grenzwerte von Cd und Ni nicht als Dünger verwertet werden. Er muss einer anderen Verwendung zugeführt werden (z.B. Verbrennung und Deponie). Der beste Austrag von Metallen pro Hektar in einer Vegetationszeit kann mit Topinambur erreicht werden (5189 g Al, 568 g Ni, 18,6 g Cd und 2,1 g U). Das Energiegewinn/Energieeintrag-Verhältnis, wenn nur die Pflanzenteile, die Stärke oder direkt vergärbare Zucker enthalten, in Alkohol umgewandelt werden, überschritt im Fall der Kartoffel (1,13) und des Winterroggens (1,16) den Wert 1 und im Fall der Zuckerrübe wurde fast der Wert 1 erreicht. Ein monetärer Gewinn ist zu erzielen mit der Alkoholherstellung aus Zuckerrüben, Winterroggen und Kartoffeln. Den besten Gewinn gewährleisten die Zuckerrübe mit über 1000 €/ha und der Winterroggen mit 447 €/ha. Ein solches Verfahren kann einen Beitrag zur schonenden Rekultivierung schwermetall-kontaminierter Flächen leisten (Habitaterhaltung, geringere Hypotheken für zukünftige Generationen), die Kosten der gesamten Sanierung durch einen Erlös senken sowie einen Beitrag zur Erzeugung eines CO2-neutralen Energieträgers leisten.

In my thesis, I focused on monitoring of microorganisms in the sample of red grape juice and on the interactions between yeasts, bacteria and filamentous fungi. Three different media were applied for the cultivation of microorganisms; firstly for monitoring of total volume of microorganisms, secondly for yeasts and third time for lactic acid bacteria. The indirect method was used for the determination of the amount of viable cells. This method consists in enumerating of visible macroscopic colonies grown up on agar plates. When the cells grew up, the forms of colonies were analyzed visually and the morphology of microorganisms was detected microscopically. The operating time of enzymes in grape juice in the production of red wine was monitored after application of commercial enzymatic preparation. The enzym action in grape juice was observed on the basis of the process of degradation of high – molecular substrate by enzymes through the use of Ubbelohd´s viscometer. The research findings provided a lot of knowledge about the occurance of microflora in the process of production of red wine. The commercial preparations added to grape juice played a significant role.