Polihidroxialcanoatos (PHA) são polímeros sintetizados por diferentes bactérias, que têm despertado grande interesse industrial por suas características de biodegradabilidade e biocompatibilidade, fundamental para aplicações na área médica. Dentre o grande grupo de PHA, o polihidroxibutirato P(3HB) é o mais estudado devido suas propriedades térmicas e mecânicas semelhantes aos polímeros de fonte petroquímica. O processo de recuperação de PHA é uma das etapas de maior impacto no custo final desses materiais, sendo o método de recuperação por solventes o mais promissor para o escalonamento desse processo. Os solventes clorados são os mais utilizados atualmente. As principais bactérias estudas para produção de P(3HB) são Gram-negativas, o que implica em uma parede celular menos espessa, em relação a bactérias Gram-positivas, facilitando, assim, a difusão de massa através dessa barreira. Porém, essas bactérias Gram-negativas contêm lipopolissacarídeos (LPS), na qual pode estar presente o lipídeo A, uma endotoxina, extraída na técnica de recuperação de P(3HB) por solventes. Por ser Gram-positiva, o Bacillus megaterium não apresenta LPS na sua parede celular, além disso, é um microrganismo bastante versátil em relação ao substrato de cultivo, podendo se desenvolver em fontes de carbono complexas e baixo custo, como subprodutos agroindustriais. Dessa forma, esta pesquisa objetivou encontrar solventes alternativos aos halogenados para extração do P(3HB) a partir da biomassa de B. megaterium Foram realizados ensaios de solubilidade com acetato de etila (AcEt), metil etil cetona (MEK), dimetil carbonato (DC), propionato de isoamila (PIso), dimetilsulfóxido (DMSO), carbonato de propileno (CP), 2-heptanona (2-Hp) e N,N-dimetilacetamida (NNDA). AcEt, MEK e DC atingiram baixa concentração de polímero em solução, inferior a 0,08 g/L. Para os solventes que apresentaram maior afinidade com o P(3HB), determinou-se a faixa de concentração na qual se encontra a solubilidade do P(3HB) a 140 oC, O PIso, apresentou valor entre 1,3 e 2,5 g/L, o DMSO entre 65 e 70 g/L, e o CP, a 2-Hp e o NNDA superior a 100 g/L. Os quatro solventes de melhor desempenho, foram aplicados na extração de P(3HB) a partir da biomassa de B. megaterium. O DMSO não se mostrou seletivo, pois causou a digestão da parcela não-polimérica. A recuperação do P(3HB) pelo clorofórmio (Chl) foi usada como valor comparativo para os demais solventes, 6,52 ± 0,59% para 30 min de contato a 60 oC. O CP e 2-Hp apresentaram desempenho melhor que Chl, 17,6 ± 0,2% e 7,3 ± 0,1%, respectivamente, para 15 min e 140 oC. O NNDA foi o solvente de maior potencialidade, atingindo uma recuperação igual a 98,5 ± 1,06% em 30 min. / Polyhydroxyalkanoates (PHA) are polymers synthesized by different bacteria, that have been arousing industrial interest because of their biodegradability and biocompatibility properties, fundamental for application in the medical area. Among the large group of PHA the Polyhydroxybutyraten P(3HB) is the most studied due to its physical properties like polymers from pretrochemical sources. The PHA recovery process is one of the steps with greater impact in the final cost of these materials, being the recovery method using solvents the most promising one for scheduling the process. The chlorinated solvents are the most used currently. The main bacteria studied for the P(3HB) production are the Gram-negative, which implies in a thinner cell wall facilitating the mass transference through this barrier. However, these microorganisms present liposaccharide (LPS), in which lipid A may be present, an endotoxin extracted with the solvent recovery technique. It substantiates the importance of the research using Gram-positive bacteria that does not contain LPS. Besides been more versatile in relation to the growing substrate, able of developing in complex carbon sources as agroindustrial by products, without genetic manipulation. Therefore, this research aimed to find alternative solvents to the non-halogenated for the extraction of P (3HB) from the biomass of B. megaterium Were realized solubility tests with ethyl acetate (EtOAc), ethylmethylketone (MEK), dimethyl carbonate (DC), isoamyl propionate (PIso), dimethyl sulfoxide (DMSO), propylene carbonate (CP), 2-heptanone (2-Hp) and N, N-dimethylacetamide (NNDA). EtOAc, MEK and DC reached a low concentration of P(3HB) (Sigma-Aldrich®) in solution, lower than 0,08 g/L. For solvents that showed higher affinity with the P3HB, was determined a solubility range, PIso demonstrated a value between 1,3 and 2,5 g/L, DMSO between 65 and 70 g/L and CP, 2-Hp and NNDA greater to 100 g/L. The four solvents with the best performance were applied in the P(3HB) extraction from the biomass. The DMSO was not selective, since it caused the digestion of the non-polymeric portion. The P (3HB) recovery by chloroform (Chl) was used as comparative for the other solvents, 6,52 ± 0, 59% with 30 min of contact time and temperature of 60 ºC. The CP and 2-Hp showed a better performance than Chl, 17, 6 ± 0,2% and 7,3 ± 0,1%, respectively, with 15 min of contact time and temperature of 140 ºC. The solvent NNDA demonstrated the greater potentiality, reaching a recovery rate of 98,5 ± 1, 1%.

Polihidroxialcanoatos (PHA) são polímeros sintetizados por diferentes bactérias, que têm despertado grande interesse industrial por suas características de biodegradabilidade e biocompatibilidade, fundamental para aplicações na área médica. Dentre o grande grupo de PHA, o polihidroxibutirato P(3HB) é o mais estudado devido suas propriedades térmicas e mecânicas semelhantes aos polímeros de fonte petroquímica. O processo de recuperação de PHA é uma das etapas de maior impacto no custo final desses materiais, sendo o método de recuperação por solventes o mais promissor para o escalonamento desse processo. Os solventes clorados são os mais utilizados atualmente. As principais bactérias estudas para produção de P(3HB) são Gram-negativas, o que implica em uma parede celular menos espessa, em relação a bactérias Gram-positivas, facilitando, assim, a difusão de massa através dessa barreira. Porém, essas bactérias Gram-negativas contêm lipopolissacarídeos (LPS), na qual pode estar presente o lipídeo A, uma endotoxina, extraída na técnica de recuperação de P(3HB) por solventes. Por ser Gram-positiva, o Bacillus megaterium não apresenta LPS na sua parede celular, além disso, é um microrganismo bastante versátil em relação ao substrato de cultivo, podendo se desenvolver em fontes de carbono complexas e baixo custo, como subprodutos agroindustriais. Dessa forma, esta pesquisa objetivou encontrar solventes alternativos aos halogenados para extração do P(3HB) a partir da biomassa de B. megaterium Foram realizados ensaios de solubilidade com acetato de etila (AcEt), metil etil cetona (MEK), dimetil carbonato (DC), propionato de isoamila (PIso), dimetilsulfóxido (DMSO), carbonato de propileno (CP), 2-heptanona (2-Hp) e N,N-dimetilacetamida (NNDA). AcEt, MEK e DC atingiram baixa concentração de polímero em solução, inferior a 0,08 g/L. Para os solventes que apresentaram maior afinidade com o P(3HB), determinou-se a faixa de concentração na qual se encontra a solubilidade do P(3HB) a 140 oC, O PIso, apresentou valor entre 1,3 e 2,5 g/L, o DMSO entre 65 e 70 g/L, e o CP, a 2-Hp e o NNDA superior a 100 g/L. Os quatro solventes de melhor desempenho, foram aplicados na extração de P(3HB) a partir da biomassa de B. megaterium. O DMSO não se mostrou seletivo, pois causou a digestão da parcela não-polimérica. A recuperação do P(3HB) pelo clorofórmio (Chl) foi usada como valor comparativo para os demais solventes, 6,52 ± 0,59% para 30 min de contato a 60 oC. O CP e 2-Hp apresentaram desempenho melhor que Chl, 17,6 ± 0,2% e 7,3 ± 0,1%, respectivamente, para 15 min e 140 oC. O NNDA foi o solvente de maior potencialidade, atingindo uma recuperação igual a 98,5 ± 1,06% em 30 min. / Polyhydroxyalkanoates (PHA) are polymers synthesized by different bacteria, that have been arousing industrial interest because of their biodegradability and biocompatibility properties, fundamental for application in the medical area. Among the large group of PHA the Polyhydroxybutyraten P(3HB) is the most studied due to its physical properties like polymers from pretrochemical sources. The PHA recovery process is one of the steps with greater impact in the final cost of these materials, being the recovery method using solvents the most promising one for scheduling the process. The chlorinated solvents are the most used currently. The main bacteria studied for the P(3HB) production are the Gram-negative, which implies in a thinner cell wall facilitating the mass transference through this barrier. However, these microorganisms present liposaccharide (LPS), in which lipid A may be present, an endotoxin extracted with the solvent recovery technique. It substantiates the importance of the research using Gram-positive bacteria that does not contain LPS. Besides been more versatile in relation to the growing substrate, able of developing in complex carbon sources as agroindustrial by products, without genetic manipulation. Therefore, this research aimed to find alternative solvents to the non-halogenated for the extraction of P (3HB) from the biomass of B. megaterium Were realized solubility tests with ethyl acetate (EtOAc), ethylmethylketone (MEK), dimethyl carbonate (DC), isoamyl propionate (PIso), dimethyl sulfoxide (DMSO), propylene carbonate (CP), 2-heptanone (2-Hp) and N, N-dimethylacetamide (NNDA). EtOAc, MEK and DC reached a low concentration of P(3HB) (Sigma-Aldrich®) in solution, lower than 0,08 g/L. For solvents that showed higher affinity with the P3HB, was determined a solubility range, PIso demonstrated a value between 1,3 and 2,5 g/L, DMSO between 65 and 70 g/L and CP, 2-Hp and NNDA greater to 100 g/L. The four solvents with the best performance were applied in the P(3HB) extraction from the biomass. The DMSO was not selective, since it caused the digestion of the non-polymeric portion. The P (3HB) recovery by chloroform (Chl) was used as comparative for the other solvents, 6,52 ± 0, 59% with 30 min of contact time and temperature of 60 ºC. The CP and 2-Hp showed a better performance than Chl, 17, 6 ± 0,2% and 7,3 ± 0,1%, respectively, with 15 min of contact time and temperature of 140 ºC. The solvent NNDA demonstrated the greater potentiality, reaching a recovery rate of 98,5 ± 1, 1%.

Polihidroxialcanoatos (PHA) são polímeros sintetizados por diferentes bactérias, que têm despertado grande interesse industrial por suas características de biodegradabilidade e biocompatibilidade, fundamental para aplicações na área médica. Dentre o grande grupo de PHA, o polihidroxibutirato P(3HB) é o mais estudado devido suas propriedades térmicas e mecânicas semelhantes aos polímeros de fonte petroquímica. O processo de recuperação de PHA é uma das etapas de maior impacto no custo final desses materiais, sendo o método de recuperação por solventes o mais promissor para o escalonamento desse processo. Os solventes clorados são os mais utilizados atualmente. As principais bactérias estudas para produção de P(3HB) são Gram-negativas, o que implica em uma parede celular menos espessa, em relação a bactérias Gram-positivas, facilitando, assim, a difusão de massa através dessa barreira. Porém, essas bactérias Gram-negativas contêm lipopolissacarídeos (LPS), na qual pode estar presente o lipídeo A, uma endotoxina, extraída na técnica de recuperação de P(3HB) por solventes. Por ser Gram-positiva, o Bacillus megaterium não apresenta LPS na sua parede celular, além disso, é um microrganismo bastante versátil em relação ao substrato de cultivo, podendo se desenvolver em fontes de carbono complexas e baixo custo, como subprodutos agroindustriais. Dessa forma, esta pesquisa objetivou encontrar solventes alternativos aos halogenados para extração do P(3HB) a partir da biomassa de B. megaterium Foram realizados ensaios de solubilidade com acetato de etila (AcEt), metil etil cetona (MEK), dimetil carbonato (DC), propionato de isoamila (PIso), dimetilsulfóxido (DMSO), carbonato de propileno (CP), 2-heptanona (2-Hp) e N,N-dimetilacetamida (NNDA). AcEt, MEK e DC atingiram baixa concentração de polímero em solução, inferior a 0,08 g/L. Para os solventes que apresentaram maior afinidade com o P(3HB), determinou-se a faixa de concentração na qual se encontra a solubilidade do P(3HB) a 140 oC, O PIso, apresentou valor entre 1,3 e 2,5 g/L, o DMSO entre 65 e 70 g/L, e o CP, a 2-Hp e o NNDA superior a 100 g/L. Os quatro solventes de melhor desempenho, foram aplicados na extração de P(3HB) a partir da biomassa de B. megaterium. O DMSO não se mostrou seletivo, pois causou a digestão da parcela não-polimérica. A recuperação do P(3HB) pelo clorofórmio (Chl) foi usada como valor comparativo para os demais solventes, 6,52 ± 0,59% para 30 min de contato a 60 oC. O CP e 2-Hp apresentaram desempenho melhor que Chl, 17,6 ± 0,2% e 7,3 ± 0,1%, respectivamente, para 15 min e 140 oC. O NNDA foi o solvente de maior potencialidade, atingindo uma recuperação igual a 98,5 ± 1,06% em 30 min. / Polyhydroxyalkanoates (PHA) are polymers synthesized by different bacteria, that have been arousing industrial interest because of their biodegradability and biocompatibility properties, fundamental for application in the medical area. Among the large group of PHA the Polyhydroxybutyraten P(3HB) is the most studied due to its physical properties like polymers from pretrochemical sources. The PHA recovery process is one of the steps with greater impact in the final cost of these materials, being the recovery method using solvents the most promising one for scheduling the process. The chlorinated solvents are the most used currently. The main bacteria studied for the P(3HB) production are the Gram-negative, which implies in a thinner cell wall facilitating the mass transference through this barrier. However, these microorganisms present liposaccharide (LPS), in which lipid A may be present, an endotoxin extracted with the solvent recovery technique. It substantiates the importance of the research using Gram-positive bacteria that does not contain LPS. Besides been more versatile in relation to the growing substrate, able of developing in complex carbon sources as agroindustrial by products, without genetic manipulation. Therefore, this research aimed to find alternative solvents to the non-halogenated for the extraction of P (3HB) from the biomass of B. megaterium Were realized solubility tests with ethyl acetate (EtOAc), ethylmethylketone (MEK), dimethyl carbonate (DC), isoamyl propionate (PIso), dimethyl sulfoxide (DMSO), propylene carbonate (CP), 2-heptanone (2-Hp) and N, N-dimethylacetamide (NNDA). EtOAc, MEK and DC reached a low concentration of P(3HB) (Sigma-Aldrich®) in solution, lower than 0,08 g/L. For solvents that showed higher affinity with the P3HB, was determined a solubility range, PIso demonstrated a value between 1,3 and 2,5 g/L, DMSO between 65 and 70 g/L and CP, 2-Hp and NNDA greater to 100 g/L. The four solvents with the best performance were applied in the P(3HB) extraction from the biomass. The DMSO was not selective, since it caused the digestion of the non-polymeric portion. The P (3HB) recovery by chloroform (Chl) was used as comparative for the other solvents, 6,52 ± 0, 59% with 30 min of contact time and temperature of 60 ºC. The CP and 2-Hp showed a better performance than Chl, 17, 6 ± 0,2% and 7,3 ± 0,1%, respectively, with 15 min of contact time and temperature of 140 ºC. The solvent NNDA demonstrated the greater potentiality, reaching a recovery rate of 98,5 ± 1, 1%.

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In der vorliegenden Arbeit wurden Studien zur bakteriellen Biotransformation von N Alkyl- sowie N,N Dialkylarylaminen mit dem Ziel der arylischen Hydroxy-lierung und N-Dealkylierung durchgeführt. Bodenproben wurden einem Screening-Verfahren unterworfen, um selektiv nach Mikroorganismen zu suchen, die zu den genannten Biotransformationen fähig waren. In einem Screeningverfahren wurden unter Verwendung von N-Ethyl-N methyl-anilin als Standardsubstrat aus Boden-proben Mikroorganismen isoliert und auf ihre Fähigkeit zur Biotransformation überprüft. Einer der isolierten Stämme setzte das zugeführte Substrat effizient und reproduzierbar zu drei Hauptprodukten um. Deren Strukturaufklärung erfolgte mittels Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) sowie anhand ein-dimensionaler NMR-Experimente (1H-NMR und 13C-NMR). Identifiziert wurden zwei hydroxylierte Produkte, N Ethyl-N-methyl-2-aminophenol und N-Ethyl-N-methyl-4-aminophenol, ferner wurde N-Ethylanilin, das N Demethylierungsprodukt gebildet. Die Identitäten wurden durch synthetisierte Referenzsubstanzen bestätigt. Die phänotypische und genotypische Charakterisierung dieses Bodenisolates als Bacillus megaterium erfolgte mittels mikroskopischer und färbetechnischer Methoden sowie der 16S rDNA-Sequenzierung. Zur eindeutigen Zuordnung wurde eine DNA/DNA-Hybridisierung gegenüber dem Bacillus megaterium Type-strain (DSM 32, ATCC 14581t) durchgeführt. In einem erweiterten Substratscreening wurden die strukturellen Voraussetzungen zur Biotransformation von N-Alkyl- und N,N Dialkylarylaminen durch Bacillus megaterium ermittelt. Ausführlich sind Sub-stituenteneffekte in Bezug auf Hydroxylierung und N-Dealkylierung untersucht worden. Sperrige und räumlich große Substrate wie N,N,N´,N´-Tetramethyl-p,p´ benzidin als auch N,N,N´,N´-Tetramethyl-p-benzidin wurden nicht hydro-xyliert; allerdings fand bei beiden Substrate eine N-Demethylierung statt, wobei das Erstere stärker N demethyliert wurde. Der Effekt des Austausches von Stickstoff gegen Phosphor in einigen Substraten wurde ebenfalls untersucht. So kamen Dimethylphenylphosphin und Diethylphenylphosphin mit Bacillus megaterium zur Anwendung. Phosphor-haltige Substrate wurden von B. megaterium nicht umgesetzt. Durch Versuche mit verschiedenen Induktoren und Repressoren wurde die Cytochrom-P-450-Aktvität des isolierten Bacillus megaterium bei der Bio-transformation von N,N-Diethylanilin untersucht. Hierbei wurde gezeigt, dass durch bestimmte Barbiturate die arylische Hydroxylierung als auch die N Deethylierung gesteigert wurden. Repression der Hydroxylierungs- und N Dealkylierungsaktivität zeigte sich durch Metyrapon, n-Octylamin, Pyridin und Imidazol. Die von Bacillus megaterium durchgeführte N-Demethylierung von N,N Dimethylanilin sowie N-Ethyl-N-methylanilin wurde im Hinblick auf Formaldehydbildung untersucht. Dies erfolgte im Inkubationsmedium direkt in-situ, mittels Cysteamin-Zugabe in das Medium, mit Umsetzung zu Thiazolidin. Anhand von Inkubationsversuchen mit den stabil-isotopenmarkierten Substraten N,N-Di-(trideuteromethyl)-anilin und N-Ethyl-N (trideuteromethyl)-anilin sowie N,N-Di-[methyl-13C]-anilin und N-Ethyl-N [methyl-13C]-anilin wurde anhand der Massenspektren der gebildeten Thiazolidine eindeutig festgestellt, dass die Methylgruppe als Formaldehyd abgespalten wird. Das Potential von Bacillus megaterium zur N-Dealkylierung wurde zur mikrobiellen N Demethylierung von natürlichem N-Methyl-methyl-anthranilat genutzt. Dadurch wurde der natürliche Aromastoff Methylanthranilat gewonnen. Zur Optimierung der bakteriellen Biotransformation von N-Methyl-methyl-anthranilat zu Methylanthranilat wurden in Bezug auf Wachstumsmedium, Inkubationstemperatur, pH-Wert des Inkubationsmediums sowie Substrat-konzentration verschiedene Variationen durchgeführt. Die antimikrobiellen Eigenschaften von N-Methyl-methylanthranilat und Methylanthranilat gegenüber Bacillus megaterium wurden durch Hemmhofbildung sowie der Bestimmung der Inhibierungskonzentration im Flüssigmedium nachgewiesen. Sowohl Substrat als auch Produkt erwiesen sich in den unterschiedlichen Tests als antibakteriell. Im Anschluß an Versuche zur Immobilisierung, die zu geringeren Ausbeuten führten, erfolgten schließlich Umsetzungen im Bioreaktor. Hierbei ließen sich die bei den Schüttelkulturen erhaltenen Ergebnisse direkt proportional auf den Fermenter übertragen. / The goal of this study was to conduct the microbial biotransformation of N-alkyl- and N,N dialkylarylamines. Main objective was the arylic hydroxylation and N-dealkylation of this class of substrates. By this, microorganisms were isolated from topsoil and a selective screening process was started to search for microorganisms capable of con-ducting the biotransformations mentioned above. In a screening process and by the use of N-ethyl-N methylaniline as substrate, microorganisms of soil samples were isolated and proven of their ability to biotransformate N-ethyl-N-methylaniline. One isolate showed three biotransformation products. Structure determination was done by gaschromatography-masspectrometry (GC-MS) and nuclear magnetic resonance experiments (1H-NMR and 13C-NMR). N-ethyl-N-methylaniline was biohydroxylated to N-ethyl-N-methylaniline-2-aminophenol and N ethyl-N-methyl-4-aminophenol, N demethylation of N-ethyl-N-methyl-aniline afforded N-ethylaniline. The soil isolate was characterized and identified phenotypical and genotypical by colour reactions and the standard 16S rDNA method being Bacillus megaterium. To complete the assignment of the isolate to the species Bacillus megaterium, DNA/DNA-hybridization analysis against the Bacillus megaterium type strain (DSM 32, ATCC 14581t) was conducted. In an extended substrate screening, structural properties for a successful bio-transformation of N-alkyl- and N,N-dialkylarylamines by Bacillus megaterium were investigated. Substituent influences were proven in a further substrate screening regarding hydroxylation as well as N-dealkylation. Bulky and large substrates like N,N,N´,N´-tetramethyl-p,p´-benzidine and N,N,N´,N´-tetramethyl-p-benzidine were not hydroxylated by the microorganisms. But, N-demethylation was observed whereas the first one was more accepted. Exchange of nitrogen against phosphorus by using dimethylphenylphosphine and diethylphenylphosphine as substrates finally stopped all biotransformation activity of Bacillus megaterium. Neither arylic hydroxylation nor P dealkylation occurred. Trials to influence the bacterial activity towards the substrate N,N-diethylaniline, elicitors and inhibitors were used to affect cytochrome-P-450. Certain barbiturates clearly increased arylic hydroxylation as well as N dealkylation. Repression of these metabolites was shown by metyrapone, pyridine, n-octylamine and imidazole. N-demethylation reaction of Bacillus megaterium was further investigated for a detection of formaldehyde. Formaldehyde, built after N-demethylation of N,N dimethylaniline or N ethyl-N-methylaniline, was caught by added cysteamine and derivatized to thiazolidine. Incubation of the stable isotope labelled substrates N,N-di-(trideuteromethyl)-aniline and N-ethyl-N-(trideuteromethyl)-aniline as well as N,N-di[methyl 13C]-aniline and N-ethyl-N-[methyl-13C]-aniline and the resulting mass spectral fragmentations of the build labelled thiazolidines clearly stated that formaldehyde comes from methylgroups. Observed N-dealkylation reactions of Bacillus megaterium were used to produce the food flavour methyl anthranilate by microbial N-demethylation of N methyl methyl anthranilate. Several variations of the standard conditions were proven for the optimization of the bacterial biotransformation from N-methyl methyl anthranilate to methyl anthranilate: incubation temperature, pH-value, substrate concentration and media. Antimicrobial activities of N-methyl methyl anthranilate and methyl anthranilate against Bacillus megaterium were tested by using the paper disc diffusion assay and determination of the minimum inhibitory concentration in liquid medium. Substrate as well as product exhibited antimicrobial activity in both tests. To improve the stability of Bacillus megaterium, bacterial cells were immobilized in sodium-alginate-globules resulting in very low yields of methyl anthranilate. Finally, as a summarization of all obtained methyl anthranilate results, an upscaling was done in the bioreactor in a direct proportional way.

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O poli(3-hidroxibutirato) é um biopolímero obtido a partir de fontes renováveis e é um poliéster biodegradável. Possui um grande potencial de aplicação principalmente em artefatos e embalagens descartáveis e também na área médica, devido sua biocompatibilidade. Neste trabalho foi estudada a produção de P(3HB) por Bacillus megaterium em meio mineral, buscando o aumento na produção deste biopolímero, bem como representar matematicamente este bioprocesso. Foram avaliadas a influência do pH e da disponibilidade de oxigênio em cultivos utilizando sacarose como fonte de carbono. Também foi avaliada a influência de diferentes fontes de nitrogênio, com glicerol ou sacarose como fonte de carbono. A influência do pH foi estudada mediante experimentos em biorreator de 4 L com controle da concentração de oxigênio dissolvido acima de 40 % em relação a saturação, com ou sem controle de pH. Observou-se que o acúmulo de P(3HB) foi maior quando o pH não foi controlado, 34 % em relação a biomassa em comparação com 28 % quando pH foi controlado. Foi realizada a modelagem da produção de P(3HB), com proposição de quatro modelos. Os dados experimentais dos cultivos com e sem controle de pH foram utilizados na etapa de estimação de parâmetros. Em comparação com modelos relatados na literatura os modelos propostos apresentaram melhor ajuste, com menor ou igual número de parâmetros, e forneceram estimativas dos parâmetros com menor variabilidade. A avaliação da influência do oxigênio foi realizada através de cultivos em biorreator de 4 L, sem controle de pH, com diferentes condições de transferência de oxigênio, obtidas variando-se a rotação do impelidor entre 100 rpm e 600 rpm. O maior acúmulo de biopolímero foi obtido em experimento com rotação do impelidor 200 rpm, o qual apresentou um baixo coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (kLa = 0,006 s-1) e possibilitou acúmulo de 62 % de P(3HB) em relação a biomassa seca. Para avaliar a melhor fonte de nitrogênio, foram realizados experimentos em estufa incubadora rotatória com cinco fontes de nitrogênio diferentes: cloreto de amônio, citrato de amônio, sulfato de amônio, fosfato de amônio e nitrato de amônio. Com relação à fonte de carbono, sacarose possibilitou maior acúmulo de P(3HB) e biomassa que glicerol. Com relação à fonte de nitrogênio, cloreto de amônio possibilitou maior acúmulo de P(3HB) e biomassa quando utilizado glicerol como fonte de carbono, enquanto que sulfato de amônio aumenta a produção com sacarose. / Poly(3-hydroxybutyrate) is a biodegradable polyester produced from renewable resources. This polymer has a great potential to be used as disposable items and packaging, and also in the medical field due to its biocompatibility. In this work, the P(3HB) production by Bacillus megaterium in mineral medium was studied aiming the increase of biopolymer production, as well the development of a mathematical model for this bioprocess. The influence of pH and oxygen transfer rate in a B. megaterium culture using sucrose as carbon source was evaluated, and the influence of different nitrogen sources using sucrose or glycerol as carbon source was analyzed. The influence of pH-medium was studied in bench-scale bioreactor under controlled and uncontrolled pH. The dissolved oxygen was controlled above 40 % of saturation. It was observed that P(3HB) accumulation was higher in the experiment without pH control (34 % of dry biomass) than in the experiment with pH control (28 % of dry biomass). Four models were proposed to perform the mathematical modeling of this bioprocess. The experimental data of the cultures with and without pH control were used for parameter estimation. Compared to earlier models reported in the literature, the proposed models show better fitting, with less or equal number of parameters, and provide parameters estimative with much lower variability. The evaluation of oxygen transfer rate influence was performed in 4 liters bioreactor cultures without pH control, with different conditions of oxygen transfer rates by ranging impeller speed between 100 rpm and 600 rpm. The higher P(3HB) accumulation (62 % of dry biomass) was attained in the experiment with low volumetric oxygen transfer rate (kLa = 0.006 s-1), at 200 rpm impeller speed. To evaluate the best nitrogen source for sucrose or glycerol as carbon sources, experiments were performed in shaker with five different nitrogen sources: ammonium chloride, ammonium citrate, ammonium sulfate, ammonium phosphate and ammonium nitrate. With respect to carbon source, sucrose allowed higher biomass and P(3HB) accumulation than glycerol. With respect to nitrogen source, ammonium chloride allowed highest biomass and P(3HB) accumulation when glycerol was used as carbon source, whereas ammonium sulfate showed the best results for sucrose.

O poli(3-hidroxibutirato) é um biopolímero obtido a partir de fontes renováveis e é um poliéster biodegradável. Possui um grande potencial de aplicação principalmente em artefatos e embalagens descartáveis e também na área médica, devido sua biocompatibilidade. Neste trabalho foi estudada a produção de P(3HB) por Bacillus megaterium em meio mineral, buscando o aumento na produção deste biopolímero, bem como representar matematicamente este bioprocesso. Foram avaliadas a influência do pH e da disponibilidade de oxigênio em cultivos utilizando sacarose como fonte de carbono. Também foi avaliada a influência de diferentes fontes de nitrogênio, com glicerol ou sacarose como fonte de carbono. A influência do pH foi estudada mediante experimentos em biorreator de 4 L com controle da concentração de oxigênio dissolvido acima de 40 % em relação a saturação, com ou sem controle de pH. Observou-se que o acúmulo de P(3HB) foi maior quando o pH não foi controlado, 34 % em relação a biomassa em comparação com 28 % quando pH foi controlado. Foi realizada a modelagem da produção de P(3HB), com proposição de quatro modelos. Os dados experimentais dos cultivos com e sem controle de pH foram utilizados na etapa de estimação de parâmetros. Em comparação com modelos relatados na literatura os modelos propostos apresentaram melhor ajuste, com menor ou igual número de parâmetros, e forneceram estimativas dos parâmetros com menor variabilidade. A avaliação da influência do oxigênio foi realizada através de cultivos em biorreator de 4 L, sem controle de pH, com diferentes condições de transferência de oxigênio, obtidas variando-se a rotação do impelidor entre 100 rpm e 600 rpm. O maior acúmulo de biopolímero foi obtido em experimento com rotação do impelidor 200 rpm, o qual apresentou um baixo coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (kLa = 0,006 s-1) e possibilitou acúmulo de 62 % de P(3HB) em relação a biomassa seca. Para avaliar a melhor fonte de nitrogênio, foram realizados experimentos em estufa incubadora rotatória com cinco fontes de nitrogênio diferentes: cloreto de amônio, citrato de amônio, sulfato de amônio, fosfato de amônio e nitrato de amônio. Com relação à fonte de carbono, sacarose possibilitou maior acúmulo de P(3HB) e biomassa que glicerol. Com relação à fonte de nitrogênio, cloreto de amônio possibilitou maior acúmulo de P(3HB) e biomassa quando utilizado glicerol como fonte de carbono, enquanto que sulfato de amônio aumenta a produção com sacarose. / Poly(3-hydroxybutyrate) is a biodegradable polyester produced from renewable resources. This polymer has a great potential to be used as disposable items and packaging, and also in the medical field due to its biocompatibility. In this work, the P(3HB) production by Bacillus megaterium in mineral medium was studied aiming the increase of biopolymer production, as well the development of a mathematical model for this bioprocess. The influence of pH and oxygen transfer rate in a B. megaterium culture using sucrose as carbon source was evaluated, and the influence of different nitrogen sources using sucrose or glycerol as carbon source was analyzed. The influence of pH-medium was studied in bench-scale bioreactor under controlled and uncontrolled pH. The dissolved oxygen was controlled above 40 % of saturation. It was observed that P(3HB) accumulation was higher in the experiment without pH control (34 % of dry biomass) than in the experiment with pH control (28 % of dry biomass). Four models were proposed to perform the mathematical modeling of this bioprocess. The experimental data of the cultures with and without pH control were used for parameter estimation. Compared to earlier models reported in the literature, the proposed models show better fitting, with less or equal number of parameters, and provide parameters estimative with much lower variability. The evaluation of oxygen transfer rate influence was performed in 4 liters bioreactor cultures without pH control, with different conditions of oxygen transfer rates by ranging impeller speed between 100 rpm and 600 rpm. The higher P(3HB) accumulation (62 % of dry biomass) was attained in the experiment with low volumetric oxygen transfer rate (kLa = 0.006 s-1), at 200 rpm impeller speed. To evaluate the best nitrogen source for sucrose or glycerol as carbon sources, experiments were performed in shaker with five different nitrogen sources: ammonium chloride, ammonium citrate, ammonium sulfate, ammonium phosphate and ammonium nitrate. With respect to carbon source, sucrose allowed higher biomass and P(3HB) accumulation than glycerol. With respect to nitrogen source, ammonium chloride allowed highest biomass and P(3HB) accumulation when glycerol was used as carbon source, whereas ammonium sulfate showed the best results for sucrose.