Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Os biossurfactantes são biopolímeros utilizados em vários setores industriais, porém ainda, não são economicamente competitivos com os surfactantes sintéticos, devido aos elevados custos de produção, onde o substrato representa 30% dos custos finais. Na busca de fontes alternativas e de baixo custo, no presente trabalho foi investigada as fontes agroindustriais, farelo de arroz (Oryza sativa), batata inglesa (Solanum tuberosum) e soja (Sorghum vulgare), como meio líquido para produção de biossurfactante por Bacillus subtilis UCP0999. Os ensaios foram realizados com e sem a adição de (2g/L) de peptona, sulfato de amônia e ou (0,01mL/L) de micro nutrientes, os quais foram inoculados com 5% de uma cultura de B. subtilis (106 UFC/mL), mantidos sob agitação orbital de 200rpm, por 30oC por 72 h. Ao final da fermentação, as células coletadas corresponderam a biomassa e do liquido metabólico livre de células foram avaliados pH, tensão superficial, índice de emulsificação (óleo de motor, diesel e querosene) e extração do biossurfactante produzido. Os resultados demonstraram que a bactéria utilizou o farelo de arroz e soja suplementado com peptona, produzindo um surfactante que reduziu a tensão superficial da água 72 mN/m para 37,80 mN/m e 37,70, respectivamente. A soja suplementada com micro nutrientes reduziu a tensão para 35,60 Mn/m. Por outro lado, quando utilizou o farelo de arroz suplementados com micro nutrientes e sulfato de amônia, produziram uma maior quantidade de biossurfactante, com 8,60 e 6,1 g/L, respectivamente, não apresentando resultados significativos quanto a redução da tensão superficial. Os biossurfactantes produzidos apresentaram altos índices de emulsificação em óleo de motor, querosene e diesel com valores de 30 a 100%, sendo os mais altos índices com caldo de batata e de soja, suplementados com micro nutrientes e sulfato de amônia. O biossurfactante produzido nos diferentes meios formulados demonstrou grande potencial de emulsificação de substancias hidrofóbicas e redução da tensão superficial, possibilitando utilização futura nos processos de biorremediação. / The biosurfactants biopolymers are used in various industrial sectors, but still, are not economically competitive with synthetic surfactants, due to high production costs, where the substrate is 30% of the final costs. In search of alternative and low cost in the present study, we investigated the sources agribusiness, rice bran (Oryza sativa), potato (Solanum tuberosum) and soybean (Sorghum vulgare), as a liquid medium for biosurfactant production by Bacillus subtilis UCP0999. Assays were performed with and without the addition of (2g / L), peptone, ammonium sulfate and either (0.01 mL / L) of micro-nutrients, which were inoculated with 5% of a culture of B. subtilis (106 CFU / mL), kept under orbital agitation of 200 rpm for 30 C for 72 h. At the end of fermentation, the cells collected corresponded to biomass and metabolic cell-free liquid were evaluated pH, surface tension, emulsification index (motor oil, diesel and kerosene) and extracting the biosurfactant produced. The results showed that the bacteria used and the rice bran supplemented with soy peptone, producing a surfactant to reduce surface tension of water to 72 mN / m to 37.80 mN / m and 37.70, respectively. The soy supplemented with micronutrients to reduce the tension 35.60 mN / m. On the other hand, when the used rice bran supplemented with nutrients and micro ammonium sulfate produced a greater quantity of biosurfactant with 8.60 and 6.1 g / L, respectively, showing no significant results regarding the reduction of surface tension . The biosurfactants produced showed high emulsification in motor oil, kerosene and diesel with values from 30 to 100%, with the highest rates with potato broth and soy supplemented with micronutrients and ammonium sulphate. The biosurfactant produced in the different media formulated demonstrated great potential for emulsification of hydrophobic substance and surface tension reduction, allowing for future use in bioremediation processes.

A indústria da construção civil é conhecida como umas das atividades econômicas que causam os maiores impactos ambientais desde o processo de extração da matéria prima até a produção dos produtos, incluindo o transporte e manutenção do ambiente construído. A produção de um dos seus principais componentes, o cimento, é o maior contribuinte para a emissão de gases de efeito estufa, principalmente devido a queima de combustíveis fósseis. Por este motivo, pesquisas na área de biotecnologia sustentável são conduzidas para diminuir e até mitigar os efeitos danosos provocados pelos fatores que compõem a construção civil. Dentre estas pesquisas destacam-se as que se baseiam na Biomimética, que é uma ciência que busca na Natureza as soluções tecnológicas para os problemas que os desenvolvimentos humanos geralmente apresentam: a geração de resíduos poluentes, uso de produtos químicos tóxicos e processos que operam com energia e pressão elevadas. Com base nos conceitos biomiméticos, este trabalho se propôs a estudar a biomineralização, que é um processo que ocorre na Natureza a milhares de anos e é responsável pela formação de muitas estruturas biomineralizadas tanto no ambiente terrestre como aquático. A biomineralização é um fenômeno provocado pela ação de diversas espécies de microrganismos que durante o processo de obtenção de energia reciclam minerais presentes no solo e na água e os precipitam na forma de sais inorgânicos. Este material precipitado age como agente ligante de partículas como no caso de formações geológicas (estromatólitos) ou exoesqueletos de animais marinhos, por exemplo. Neste estudo foi avaliado a biomineralização por biodeposição de carbonato de cálcio precipitado na presença da espécie de bactéria ureolítica (Bacillus subtilis) em ensaios em escala laboratorial utilizando corpos de prova de areia, argamassa e concreto. Os corpos de prova em areia e argamassa foram observados em MEV e EDS permitindo a identificação de células de microrganismos, formação de biofilme e provável formação de cristais de carbonato de cálcio na região de biofilme. Os corpos de prova de concreto foram utilizados para avaliar as consequências da biodeposição na absorção de água por capilaridade do material. Resultados indicam redução de 20% na absorção de água por capilaridade. Com os resultados obtidos é possível concluir que a técnica de biodeposição pode ser uma alternativa ao tratamento superficial de estruturas de concreto, contudo requer estudos posteriores de aplicação técnica e viabilidade econômica. / The construction industry has been known as one of the economic activities that cause the major environment impacts since the process of raw material extraction until the products manufacturing including transport and maintenance of the built environment. The production of one of the main compounds, the cement, is the largest contributor to the greenhouse gas emissions, mainly due to burn fossil fuels. For this reason, researches in sustainable biotechnological area are conducted to minimize and even mitigate the damaging effects either promoted by construction industry factors. Among these ones, it stands out researches based on Biomimetic, which is a science that seeks in Nature the technological solutions for problems that human’s development usually presents: the generation of pollutant residues, the use of toxic chemicals and process that operates in high pressure and energy. Based on biomimetic concepts this research proposes to study the biomineralization, which is a process that has occurred in the Nature for thousands of years and it is responsible for the formation of many structures either in soil and water environments. The biomineralization is a phenomenon caused by several specimens of microorganisms that during the process of obtaining energy, they recycle minerals presents at soil and water inducing precipitation as inorganic salts. This precipitated material works as a binder of particles similar to geologic formations (stromatolites) or exoskeleton of sea animal for example. In this study the biomineralization was evaluated through biodeposition of precipitated calcium carbonate by specimen of ureolytic bacteria (Bacillus subtilis). Essays were held using samples made by sand, mortar and concrete. The samples made by sand and mortar were observed at MEV and EDS, allowing the identification of microorganism cells, biofilm formation and probable formation of calcium carbonate crystals at biofilm region. The concrete samples were used to evaluate the consequences of biodeposition on water absorption by capillarity of the material. The results show reduction of 20% on water absorption by capillarity. According the results achieved it possible to conclude that the biodeposition technique can be an alternative to superficial treatment for concrete structures. However, it will be required more studies to evaluate technical application and economical availability.

A hidrólise enzimática de penas residuais da indústria avícola constitui uma alternativa ao descarte irregular e uma fonte rica em aminoácidos para a produção de rações animais. A presença de queratinases em linhagens bacterianas probióticas, pode, concomitantemente, permitir um melhor aproveitamento de rações contendo queratina, devido a possibilidade de suplementação da dieta de animais monogástricos com tais microrganismos. Igualmente, proteases queratinolíticas possuem ampla utilização na indústria. Neste contexto, uma protease queratinolítica da linhagem probiótica FTC01PR01 de Bacillus subtilis foi purificada através de cromatografia líquida (Sephadex G-75 e DEAE Sepharose) e caracterizada por ensaio de proteólise em azocaseína com diversos interferentes, revelando uma serinoprotease com, aproximadamente, 31 kDa e atividade ótima a 60 °C em pH neutro e alcalino. Embora a enzima não seja termoestável, constatou-se que sua atividade é alterada na presença de íons manganês, apresentando estimulação em temperatura de 37 °C e aumento da termotolerância à 55°C. O crescimento do microrganismo em substratos queratinosos demonstrou eficiência para degradação de farinha de pena e penas brancas seguido por menor degradação de penas melânicas. Sendo constituído exclusivamente de α-queratina, o cabelo humano não sofreu proteólise. A enzima pode ser aplicada na indústria para a degradação de materiais recalcitrantes bem como a produção de ração animal. A efetividade do microrganismo in vivo para aumentar a digestibilidade da farinha de pena aliada a função probiótica, demanda mais estudos. / Enzymatic hydrolysis of waste feathers constitute an alternative to irregular disposal and a rich source of aminoacids for animal feed production. The presence of keratinases in probiotic bacterial strains may, concomitantly, allow better use of keratin-based feeds, due to the possibility of diet supplementation with beneficial microorganisms. In this context, a keratinolytic protease of Bacillus subtilis FTC01PR01 was purified by liquid chromatography (Sephadex G-75 and DEAE Sepharose) and characterized by azocasein proteolysis assay, revealing a serine protease with, approximately 31 kDa, and optimal activity at 60 ° C on neutral and alkaline pH. Although the enzyme was not thermostable, it’s activity was altered in presence of manganese ions, with stimulation at temperature of 37 °C and increased thermal tolerance at 55 °C. Microorganism growth on keratin substrates demonstrated efficiency for feather meal and white feathers degradation, followed by less degradation of melanized feathers. As a source of pure α-keratin, human hair was not degraded. The enzyme may be applied in industry for recalcitrant materials degradation and animal feed production. The effectiveness of the microorganism to increase the feather meal digestibility; ally to the probiotic function, demand further studies.

Les bactéries sporulées sont à l’origine de risques sanitaires et d’altération des produits alimentaires. Elles peuvent sporuler pour former des cellules résistantes à diverses agressions physiques ou chimiques. Afin de limiter la formation des spores dans les aliments et sur les lignes de production en industrie agroalimentaire, une approche préventive consiste à prévoir ce processus bactérien en fonction des conditions environnementales rencontrées durant les procédés de fabrication. Pour cela, un modèle cinétique décrivant à la fois la croissance et la sporulation de la bactérie modèle Bacillus subtilis BSB1 a été développé. Ce modèle est un outil utile pour évaluer l’impact des facteurs environnementaux sur des aspects quantitatifs et physiologiques de la croissance et de la sporulation. Des conditions défavorables de température, de pH et d’activité de l’eau provoquent un ralentissement de la croissance bactérienne, une sporulation plus synchrone dans la population de B. subtilis conduisant à une apparition plus tardive des spores et une production plus faible de spores. Tous ces effets ont été décrits avec un modèle prévisionnel de croissance et de sporulation : le modèle cardinal. Ces modèles (cinétique et cardinal) sont efficaces pour prévoir la croissance et la sporulation de B. subtilis BSB1 dans différentes conditions de culture, différentes matrices et en conditions dynamiques de facteurs environnementaux. Ces travaux et ces modèles mathématiques permettront de mieux comprendre le comportement de sporulation des bactéries en fonction des facteurs environnementaux et ainsi, de mieux appréhender la sporulation en industrie agroalimentaire. / Spore-forming bacteria cause health risks and alteration of food products. They can sporulate to form cells resistant to various physical or chemical aggressions. In order to limit the formation of spores in food and on production lines in the agri-food industry, a preventive approach consists in predicting this bacterial process according to the environmental conditions encountered during the manufacturing processes. For this, a kinetic model describing both growth and sporulation of the bacterium model Bacillus subtilis BSB1 was developed. This model is a useful tool for assessing the impact of environmental factors on quantitative and physiological aspects of growth and sporulation of B. subtilis. Unfavorable conditions of temperature, pH and water activity cause a slowing of B. subtilis’ growth, a more synchronous sporulation in the bacterial population leading to later spore emergence and lower spore production. All these effects have been described with a predictive model of growth and sporulation: the cardinal model. These (kinetic and cardinal) models are efficient to predict growth and sporulation of B. subtilis BSB1 in different culture conditions, different matrices and in dynamic conditions of environmental factors. This work and these mathematical models will allow a better understanding of the sporulation behavior of bacteria according to environmental factors and thus a better understanding of the sporulation in the agrofood industry.

A hidrólise enzimática de penas residuais da indústria avícola constitui uma alternativa ao descarte irregular e uma fonte rica em aminoácidos para a produção de rações animais. A presença de queratinases em linhagens bacterianas probióticas, pode, concomitantemente, permitir um melhor aproveitamento de rações contendo queratina, devido a possibilidade de suplementação da dieta de animais monogástricos com tais microrganismos. Igualmente, proteases queratinolíticas possuem ampla utilização na indústria. Neste contexto, uma protease queratinolítica da linhagem probiótica FTC01PR01 de Bacillus subtilis foi purificada através de cromatografia líquida (Sephadex G-75 e DEAE Sepharose) e caracterizada por ensaio de proteólise em azocaseína com diversos interferentes, revelando uma serinoprotease com, aproximadamente, 31 kDa e atividade ótima a 60 °C em pH neutro e alcalino. Embora a enzima não seja termoestável, constatou-se que sua atividade é alterada na presença de íons manganês, apresentando estimulação em temperatura de 37 °C e aumento da termotolerância à 55°C. O crescimento do microrganismo em substratos queratinosos demonstrou eficiência para degradação de farinha de pena e penas brancas seguido por menor degradação de penas melânicas. Sendo constituído exclusivamente de α-queratina, o cabelo humano não sofreu proteólise. A enzima pode ser aplicada na indústria para a degradação de materiais recalcitrantes bem como a produção de ração animal. A efetividade do microrganismo in vivo para aumentar a digestibilidade da farinha de pena aliada a função probiótica, demanda mais estudos. / Enzymatic hydrolysis of waste feathers constitute an alternative to irregular disposal and a rich source of aminoacids for animal feed production. The presence of keratinases in probiotic bacterial strains may, concomitantly, allow better use of keratin-based feeds, due to the possibility of diet supplementation with beneficial microorganisms. In this context, a keratinolytic protease of Bacillus subtilis FTC01PR01 was purified by liquid chromatography (Sephadex G-75 and DEAE Sepharose) and characterized by azocasein proteolysis assay, revealing a serine protease with, approximately 31 kDa, and optimal activity at 60 ° C on neutral and alkaline pH. Although the enzyme was not thermostable, it’s activity was altered in presence of manganese ions, with stimulation at temperature of 37 °C and increased thermal tolerance at 55 °C. Microorganism growth on keratin substrates demonstrated efficiency for feather meal and white feathers degradation, followed by less degradation of melanized feathers. As a source of pure α-keratin, human hair was not degraded. The enzyme may be applied in industry for recalcitrant materials degradation and animal feed production. The effectiveness of the microorganism to increase the feather meal digestibility; ally to the probiotic function, demand further studies.

O processo de transcrição diz respeito à leitura da informação contida no DNA para geração do RNA mensageiro correspondente. Para iniciar o processo de transcrição de um determinado gene, a enzima RNA polimerase necessita reconhecer a região promotora, atuando assim na regulação da expressão dos genes. A literatura propõe diversos métodos computacionais para a predição de sequências promotoras, mas a maioria dos trabalhos concentra-se em bactérias Gram-negativas. O objetivo deste trabalho é predizer promotores em regiões intergênicas da bactéria Bacillus subtilis (Gram-positiva) através da aplicação de técnicas de aprendizado de máquina: Redes Neurais Artificias (RN) e Máquinas de Vetor de Suporte (SVM). O treinamento das RN foi realizado através do algoritmo Multilayer Perceptron (MLP) que se baseia na regra de aprendizagem por correção de erro (backpropagation). Já para SVM, destaca-se os kernels (faz o mapeamento no espaço de características para a identificação dos vetores de suporte ideais) Radial Basis Function (RBF) que utiliza uma função gaussiana; SIGMOID que utiliza uma função de tangente hiperbólica; e Nu-Support Vector Classification (Nu-SVC) que limita o custo de penalização entre 0 e 1. O primeiro passo do trabalho foi a coleta do genoma e dos promotores reconhecidos pelos fatores sigma da bactéria Bacillus subtilis a partir dos dadoscontidos em bancos de dados públicos. O processamento dos dados biológicos obtidos da bactéria Bacillus subtilis gerou 767 regiões promotoras, sendo a maioria encontrada a partir do fator Sigma SigA. Estes dados foram processados e utilizados como entrada na aplicação das técnicas de aprendizado de máquina RN e SVM. Desta forma, foi possível comparar o desempenho das duas soluções para o problema em questão. Em ambas as soluções foram usados os mesmos dados de entrada e validação cruzada (k-cross validation) de 5-fold. Os resultados são condizentes e competitivos com os encontrados na literatura, obtendo 93.20% e 95.63% de acurácia em sua predição com o SVM (combinando os kernels SIGMOID e RBF com o algoritmo Nu-SVC) e obtendo 98.57% e 97.69% de acurácia em sua predição com RN (MLP com 5 e 7 neurônios na camada oculta e 1 neurônio na camada de saída). A partir dos resultados obtidos, é possível afirmar que a predição, reconhecimento e caracterização de regiões promotoras de Bacillus subtilis pode ser realizado com sucesso tanto usando RN quanto SVM, embora RN tenha obtido melhor desempenho. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The transcription process concerns reading the information contained in DNA to generate the corresponding messenger RNA. To initiate the transcription process of a given gene, RNA polymerase enzyme needs to recognize the promoter region, thereby regulating gene expression. Literature proposes several computational methods to predict promoter sequences, but most of them is focused on Gramnegative bacteria. Therefore, the objective of this work is to predict promoters in intergenic regions of the Bacillus subtilis bacterium (Gram-positive) through the application of machine learning techniques: Artificial Neural Networks (RN) and Support Vector Machines (SVM). The training of the RN was performed through the Multilayer Perceptron (MLP) algorithm that is based on the error correction learning rule (backpropagation). For SVM, the kernels (maps the characteristics space to identify ideal support vectors) that stands out are Radial Basis Function (RBF) that uses a Gaussian function; SIGMOID that uses a hyperbolic tangent function; and Nu- Support Vector Classification (Nu-SVC) that limits the penalty cost between 0 and 1. The first step was to obtain the genome and the promoters recognized by the Sigma factors of Bacillus subtilis from data in public data bases. Biological data gathered from Bacillus subtilis generated 767 promoter regions, being the majority found by Sigma SigA factor. These data were processed and used as input in RN and SVM machine learning techniques. Hence, it was possible to compare the efficiency of the two solutions. In both solutions, the same input data and 5-fold cross-validation were used. We obtained 93.20% and 95.63% accuracy in the SVM application (combining the SIGMOID and RBF kernels with the Nu-SVC algorithm). With RN (MLP with 5 and 7 neurons in the hidden layer and 1 neuron in the output layer), the best results were 98.57% and 97.69% accuracy. Both results are consistent and competitive when compared to those in literature. In addition, both solutions proved the reliability of the obtained data. Finally, it is possible to state that the prediction of Bacillus subtilis promoter regions can be successfully performed both using RN and SVM, although RN has obtained better performance.

Orientador: Gláucia Maria Pastore / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-17T02:50:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moraes_DianeTeode_D.pdf: 21600008 bytes, checksum: 9d2d940e83841a4b2fb091014e2703ef (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O lipoheptapeptídeo cíclico surfactina é produzido por diferentes cepas de Bacillus subtilis. Em uma concentração de 20 mM, a surfactina é capaz de reduzir a tensão superficial da água de 72 mN/m para 27 mN/m. Isto faz da surfactina o biossurfactante com maior potencial conhecido. O conjunto multienzimático, responsável pela síntese da surfactina, consiste de três grandes NRPSs: SrfA-A (402kDa), SrfA-B (401kDa) e SrfA-C (144 kDa), compreendendo um total de sete módulos. Os genes NRPSs correspondentes estão organizados no operon srfA. A produção de surfactina por B.subtilis é usualmente baixa e a produção em sistemas de expressão heterólogos como E.coli não é viável. Portanto, uma opção para aumentar a produção de surfactina seria o uso de sistemas de expressão utilizando o próprio Bacillus, colocando o operon srfA sob controle de um forte promotor que pode funcionar independentemente da regulação por feedback negativo endógeno. Para esta proposta, o promotor nativo do operon responsável pela síntese da surfactina em B.subtilis LB5a foi substituído pelo promotor Pgrac, o qual pode ser induzido por análogos de lactose. Este sistema de expressão é baseado em um forte promotor que não é inibido por fatores endógenos e, deve fornecer uma nova ferramenta para produzir altos níveis de surfactina em Bacillus subtilis. A eficácia do lipopeptídeo produzido pela cepa recombinante de B.subtilis pGrac-SrfA foi demonstrada usando testes de atividade hemolítica e avaliação da tensão superficial do meio. Os picos do lipopeptídeo obtido por HPLC para a cepa recombinante pGrac-SrfA apresentaram perfis semelhantes aos obtidos a partir da cepa selvagem. Análises de espectrometria de massas confirmaram a presença de uma série homóloga de lipopeptídeos com variações no tamanho da cadeia hidrocarbônica caracterizando o composto como surfactina. Verificou-se a predominância do homólogo de massa molecular de 1000,18 u. A produção de surfactina pela cepa de B.subtilis recombinante foi cerca de 57% superior ao da cepa selvagem, quando induzida por isopropil b-D-1-tiogalactopiranosídeo / Abstract: The cyclic lipoheptapeptide surfactin is produced by different Bacillus subtilis strains. At a concentration of 20µM, this biosusrfactant is able to reduce the surface tension of water from 72 mN/m to 27 mN/m. This makes surfactin one the most powerful biosurfactants known so far. The surfactin synthetase is a large multienzyme complex consisting of three enzymatic subunits, SrfA (402 kDa), SrfB (401 kDa), and SrfC (144 kDa), comprising of a total of seven modules. The corresponding NRPS genes are organized in the srfA operon. Surfactin production from Bacillus strains is usually low and production of such large proteins in a heterologous system such as E. coli is not viable. One option to improve surfactin production would be to use Bacillus subtilis itself as an expression system and to place the srfA operon under the control of a strong promoter that can function independently of endogenous negative feedback regulation. For this purpose, the native promoter of the surfactin operon in B.subtilis LB5a was replaced by the promoter Pgrac, which can be induced by lactose analogs. This expression system is based on a strong promoter and is not expected to be inhibited by endogenous factors and, should provide a new tool for producing higher levels of surfactin in Bacillus subtilis.The efficacy of the lipopeptide produced for the recombinant B.subtilis pGrac-SrfA was demonstrated using tests of hemolytic activity and evaluation of the surface tension of the medium. HPLC peaks of surfactin gotten of the genetically modified strain showed patterns of lipopeptides similar to those of the wild-type strain, and mass spectrometry analysis confirmed the presence of a lipopeptide homologous serie with variations in the hydrocarbon chain length, known as surfactin. Was verified the predominance of a homologue with a molecular mass of 1000.18 u. The surfactin production of the recombinant bacterium was up to about 57% greater than that of wild-type strain when it was induced by isopropyl b-D-1-thiogalactopyranoside / Doutorado / Doutor em Ciência de Alimentos

Orientador: Marcelo Cristianini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-17T18:15:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Amorim_EmanueleOliveiraCerqueira_M.pdf: 2851133 bytes, checksum: 521a3dc56b821671931089fc70f5b433 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O ozonio e considerado um sanitizante seguro para uso em produtos alimenticios pela sua propriedade de auto-decomposicao em oxigenio, nao deixando residuos nos alimentos. O amido, por sua vez, e um produto de ampla aplicacao na industria de alimentos, especialmente pela sua propriedade de retencao de agua e capacidade de formar geis. Neste estudo, avaliou-se a eficiencia do ozonio como um metodo de descontaminacao do amido de mandioca e a influencia da umidade do produto na eficacia do tratamento. Alem disso, verificou-se o efeito do tratamento nas caracteristicas fisico-quimicas, sensoriais e nas propriedades de pasta do amido e, posteriormente, estudou-se o comportamento do produto tratado com ozonio, durante dois meses de estocagem. Em amido de mandioca com 18% de umidade, foram empregadas concentracoes de ozonio no ar de 40 e 113 ppm para avaliar a inativacao de E. coli, e uma concentracao de 118 ppm, para avaliacao da inativacao de esporos de B. subtilis. Os tempos de exposicao ao ozonio empregados foram de 30, 60, 90 e 120 minutos. O tratamento durante 120 minutos, nas duas concentracoes estudadas, promoveu uma reducao de aproximadamente 2 ciclos logaritmicos na populacao de E. coli inoculada no amido. Para os esporos de B. subtilis, por sua vez, os tratamentos nao resultaram em inativacao significativa (< 1 ciclo log). Em amido com 30% de umidade, foram estudadas as concentracoes de 40 e 118 ppm de ozonio para avaliar a inativacao de E. coli e esporos de B. subtilis. Na menor concentracao e maior tempo de exposicao empregados (40 ppm/120 minutos), foi obtida uma reducao de 3,6 ciclos logaritmicos na populacao de esporos de B. subtilis. E na concentracao de 118 ppm, aos 90 e 120 minutos de tratamento, foram obtidas reducoes superiores a 5 ciclos logaritmicos. Para a populacao de E. coli, por sua vez, os tratamentos a 40 ppm durante 60 minutos e 118 ppm por 30 minutos foram responsaveis pela obtencao de reducoes superiores a 6 ciclos logaritmicos na concentracao do microrganismo inoculado. Para avaliacao do efeito do ozonio nas caracteristicas fisico-quimicas (pH, cor e oxidacao), sensoriais (cor e odor) e nas propriedades de pasta do amido de mandioca, o produto com 30% de umidade foi submetido aos tratamentos com ozonio gasoso nas concentracoes de 40 e 118 ppm por 30, 60, 90 e 120 minutos para a menor, e por 30 e 60 minutos para a maior concentracao. O pH das amostras ozonizadas foi significativamente inferior (p<0,05) ao pH da amostra nao tratada. No entanto, a cor e o conteudo de carboxila e carbonila do amido de mandioca nao foram significativamente alterados pelo ozonio. Por sua vez, as propriedades de pasta do amido ozonizado foram parcialmente alteradas, sendo que o efeito do ozonio foi mais evidente nos parametros de pico de viscosidade e breakdown, proporcionando a obtencao de pastas de amido com maior poder de intumescimento e com menor estabilidade de pasta durante o cozimento sob agitacao. Na avaliacao sensorial, o efeito do ozonio foi mais evidente no atributo de odor do que no atributo de cor, sendo que metade das amostras ozonizadas sofreu o efeito do ozonio nas suas caracteristicas sensoriais. Para avaliacao das caracteristicas fisico-quimicas, sensoriais, microbiologicas e das propriedades de pasta do amido de mandioca tratado com ozonio, durante dois meses de estocagem, o produto com 30% de umidade foi submetido a 118 ppm de ozonio durante 90 minutos. Com excecao do pH, as caracteristicas fisicoquimicas (umidade, cor e oxidacao) do amido de mandioca nao foram significativamente alteradas pelo ozonio. Nas propriedades de pasta, o efeito do ozonio foi mais evidente nos parametros de pico de viscosidade, breakdown e setback, proporcionando a obtencao de pastas de amido com maior poder de intumescimento, menor estabilidade de pasta durante o cozimento sob agitacao e menor tendencia a retrogradacao. O tratamento com ozonio provocou alteracoes significativas nas caracteristicas sensoriais de cor e odor do amido, sendo seu efeito mais notavel no segundo atributo. Os resultados obtidos no estudo das caracteristicas do amido, ao longo do periodo de estocagem, indicaram uma maior estabilidade do produto quando o tratamento de ozonizacao foi empregado, evidenciada principalmente pelas variaveis fisico-quimicas. Quanto as caracteristicas microbiologicas, as amostras estudadas estavam de acordo com a legislacao vigente e a ozonizacao proporcionou a reducao da concentracao de B. cereus do produto. Alem disso, a carga microbiana das amostras permaneceu inalterada ao longo do periodo de estocagem / Abstract: Ozone is considered a safe sanitizer to use in foods, due to its property of self-decomposition into oxygen, leaving no residue in food. Starch, on the other hand, is widely used in food industries due to its high water-holding capacity and ability to form gels. In this study, the effectiveness of ozone as a method of decontamination of cassava starch and the influence of the moisture content of the product on ozone efficiency were studied. Furthermore, the effect of the ozone on the physicochemical and sensory characteristics and pasting properties of cassava starch was determined. Also, the behavior of the starch treated with ozone was studied during two months of storage. In starch with a final moisture content of approximately 18%, ozone concentrations of 40 and 113 ppm were employed to evaluate the inactivation of E. coli and a concentration of 118 ppm, to evaluate the inactivation of B. subtilis spores. The exposure times used were 30, 60, 90 and 120 minutes. The treatments of 120 minutes, in the concentrations of 40 and 113 ppm, promoted a decrease of about 2 logarithmic cycles on the population of E. coli. For the spores of B. subtilis, the treatments with ozone did not result in a significant inactivation (<1 decimal reduction). In starch with a final moisture content of approximately 30%, ozone concentrations of 40 and 118 ppm were employed to evaluate the inactivation of E. coli and B. subtilis spores. In the lower concentration and a higher exposure time employed (40 ppm/120 minutes), a reduction of 3.6 logarithmic cycles was obtained in the population of B. subtilis spores. At 118 ppm of ozone, for 90 and 120 minutes of treatment, the concentration of those microorganisms suffered decreases of above 5 logarithmic cycles. For the population of E. coli, on the other hand, the treatments at 40 ppm/60 minutes and 118 ppm/30 minutes were necessary to obtain decreases of above 6 logarithmic cycles in the concentration of the inoculated microorganism. In order to evaluate the effect of ozone on the physicochemical and sensory characteristics and pasting properties of cassava starch, the product with 30% of moisture was exposed to gaseous ozone at approximate concentrations of 40 ppm for 30, 60, 90 and 120 minutes and 118 ppm for 30 and 60 minutes. The pH of the ozonized samples was significantly lower (p<0.05) than the pH of the standard sample. However, the color and the carboxyl and carbonyl contents of the cassava starch were not altered significantly by ozone. On the other hand, the pasting properties of ozonized starch were partially altered and the effect of ozone was more evident on the peak viscosity and breakdown. The ozonized samples presented higher peak viscosities and lower cooking stability under agitation than the untreated and control samples. In the sensory evaluation, the effect of ozone on the odor attribute was more pronounced than on the color, with half of the ozonized samples having suffered the effect of ozone on the their sensory characteristics. To evaluate, during two months of storage, the physicochemical, sensory, rheological and microbiological characteristics of the cassava starch treated with ozone, the product with 30% of moisture was exposed to gaseous ozone at a concentration of 118 ppm for 90 minutes. Except for the pH, the physicochemical characteristics (moisture, color and oxidation) of cassava starch were not altered significantly by ozone. On the pasting properties, the effect of ozone was more evident on the peak viscosity, breakdown and setback. The ozonized samples presented higher peak viscosities, lower cooking stability under agitation and lower retrogradation than the untreated sample. The sensory characteristics of cassava starch were significantly altered by ozone and the odor was the most affected attribute. The results obtained indicated that, during the storage period, the ozonized sample was more stable than the untreated sample, especially as regards to physicochemical characteristics. For the microbiological characteristics, the samples studied were in accordance with current legislation and the ozonation treatment reduced the population of B. cereus in cassava starch. Furthermore, during the storage period, the microbial load of the samples remained unchanged / Mestrado / Mestre em Tecnologia de Alimentos

Orientador: Ranulfo Monte Alegre / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-05T16:48:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Seixas_AnaClaudiaMendesde_D.pdf: 1212292 bytes, checksum: d02f2120ad8aef5082d96c1ed86dc0d6 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Consideráveis pesquisas têm sido conduzidas nos últimos anos para descobrir novas enzimas que possam ser utilizadas no tratamento de resíduos. Devido ao aumento de poluentes no meio ambiente, tornando-se difícil a sua remoção por processos convencionais, o desenvolvimento de pesquisas com enzimas busca um processo alternativo de tratamento, de menor custo, mais rápido, mais simples e mais confiável. As proteases são a classe mais importante das enzimas industriais e compreendem cerca de 25% de todas as enzimas comerciais no mundo. A maior aplicação destas enzimas é nas indústrias de alimentos, farmacêuticas e de detergentes. A finalidade do presente trabalho consistiu num estudo para determinar as melhores condições para produção de protease, bem como sua eficiência na hidrólise enzimática sobre a etapa biológica no tratamento de efluente líquido. Para a produção da protease foi testada uma cepa de Bacillus subtilis. O inóculo foi preparado em frascos Erlenmeyers (250 mL) contendo 50 mL de meio BHI , previamente esterilizado (121ºC, 15 min). Os frascos foram incubados a 30ºC durante 24 h com agitação de 200 rpm. Para a produção de protease foi utilizado um Planejamento Experimental Fatorial Fracionário 24-1, com triplicata no ponto central, tendose como variáveis independentes as concentrações de lactose, cloreto de sódio, caseína e pH. Como base foi utilizado o meio descrito por KEMBHAVI et al. (1993). Baseado nos resultados do planejamento experimental, foi realizado um ensaio cinético em fermentador do tipo tanque agitado contendo lactose (5,0 g.L-1) e caseína (5,0 g.L-1) a pH 6, 30OC e 300 rpm durante 30 h. O meio foi inoculado numa proporção de 10% (v/v) de inóculo. As amostras foram retiradas em intervalos de 1h, centrifugadas e o sobrenadante armazenado para análise. A atividade da protease foi medida pelo Método de KUNITZ (1947), utilizando caseína como substrato. A produção de 1124 U. mL-1 de atividade proteolítica foi obtida após 24 horas de fermentação. Com o objetivo de utilizar os próprios rejeitos industriais disponíveis em grande quantidade e sem custo como fonte de nitrogênio para o enriquecimento do meio de cultivo foi empregada água residuária do abatedouro de aves Pena Branca suplementada com caseína e MgSO4 na produção da enzima. O emprego do extrato enzimático, contendo protease, em uma das etapas do tratamento de efluente foi avaliado em um sistema de lodo ativado em reator tipo batelada, variando-se a água residuária e o lodo ativado. Nos primeiros ensaios foram colocados nos reatores o lodo proveniente de um reator do abatedouro de aves Pena Branca, o efluente bruto, a cultura de Bacillus subtilis ou o extrato enzimático. Em ensaios posteriores utilizou-se o lodo aclimatado, água residuária sintética, a cultura de Bacillus subtilis ou o extrato enzimático. Comparando os resultados dos tratamentos das águas residuárias do abatedouro de aves Pena Branca e sintética, as taxas de remoção de DQO da água residuária sintética foram em média 4 vezes maiores do que as taxas de remoção de DQO da água residuária do abatedouro de aves Pena Branca. A atividade do extrato enzimático B utilizado na água residuária sintética foi maior do que a do extrato enzimático produzido pela água residuária do abatedouro de aves Pena Branca, 1.124 U.mL-1 e 730 U.mL-1, respectivamente / Abstract: Considerable researches were carried out in the last years to discover new enzymes for treatment of residues. Due to the increase of pollutants in the environment, becoming difficult its removal for conventional processes, the development of these researches seek a alternative treatment process, lower cost, faster, simpler and more trustworthy. Proteases are the most important class of industrial enzymes and comprise about 25% of commercial enzymes on the world. The major applications of these enzymes are in the food, pharmaceutical and detergent industries. The purpose of this work consisted of a study to determine the best conditions for production of protease, as well as its efficiency in enzymatic hydrolysis on the biological stage in the liquid effluent treatment. Bacillus subtilis was tested for protease production. Inoculum was prepared in 250-mL Erlenmeyer flasks containing 50 mL BHI strain, previously sterilized (121ºC, 15 minutes). The Erlenmeyer flasks were incubated at 30ºC for 24 h under agitation at 200 rpm. A Fractionary Factorial Experimental Planning was carried out in 24-1 with triplicate in the central point for protease production, independent variables were lactose, sodium chloride and casein concentration and pH. Strain described by KEMBHAVI et al (1993) was used as basis medium. Based in the results of the experimental planning a kinetic trial was carried out in fermentor type agitated tank containing lactose (5.0 g/L), casein (5.0 g/L), pH 6, 30ºC and 300 rpm for 30 h. The medium was inoculated in 10% (v/v) of inoculum proportion. The samples were removed in intervals of 1h, centrifuged and the supernatant stored for analysis. Protease activity was measured by the method of KUNITZ (1947) using casein as substrate. The production of 1,124 Um.L-1 proteolytic activity was obtained after 24 h of fermentation. With the objective to use the proper industrial wastes available in great amount and no cost as nitrogen source for the enrichment of the culture medium were carried out using wastewater from poultry slaughter Pena Branca supplemented with casein and MgSO4 for enzyme production. Using the enzymatic extract, contained protease, in one of the stages of the effluent treatment was evaluated in a batch reactor with activated sludge, varying the wastewater and the activated sludge. In the first assays were placed into the reactors the sludge (from poultry slaugther Pena Branca reactor), the crude effluent, Bacillus subtilis strain or enzymatic extract. Posterior assays were carried out with acclimatized sludge, synthetic wastewater, Bacillus subtilis strain or enzymatic extract. Comparing the results of the wastewater from poultry slaughter Pena Branca and synthetic wastewater treatments, the COD removal rates from synthetic wastewater were 4-fold higher than the wastewater from poultry slaughter Pena Branca. The enzymatic activity of B extract used in the synthetic wastewater was higher than the enzymatic extract produced by wastewater from poultry slaughter Pena Branca, 1,124 U.mL-1 and 730 U.mL-1, respectively / Doutorado / Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientador: Cesar Costapinto Santana / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-15T08:27:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Perna_RafaelFirmani_M.pdf: 5058153 bytes, checksum: 4dda3e93c531c037f99cf72569d68ec3 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O presente trabalho teve como objetivo principal o estudo da separação e concentração do biossurfactante surfactina, sintetizado por fermentação através da bactéria Bacillus subtilis, utilizando-se o processo de fracionamento em coluna de bolhas e espuma, operada de modo semi-batelada, a fim de se otimizar o enriquecimento e a recuperação do bioproduto. O processo envolve a injeção de gás nitrogênio nas vazões de 20, 40 e 60 mL/min pela base da coluna de líquido que contém a solução de surfactina pH 7,0 nas concentrações iniciais de 240, 400 e 700 mg/L. O gás ascende na forma de bolhas e, durante o seu trajeto, moléculas de surfactina são adsorvidas na interface gás-líquido, devido às suas características anfifílicas. No topo da coluna de bolhas, forma-se uma coluna de espuma concentrada no biossurfactante adsorvido que, então, pode ser recuperado pela remoção e rompimento mecânico da espuma. Valores de enriquecimento e recuperação de surfactina foram determinados para diferentes condições experimentais. Os valores médios de enriquecimento ficaram entre 1,9 a 52,5 vezes, enquanto que a recuperação total de surfactina variou de 80,5 a 98,3 %. O maior valor de enriquecimento foi alcançado para soluções diluídas de surfactina operando a coluna a baixa vazão de gás e com temperatura relativamente elevada. Os resultados indicaram que o processo que utiliza coluna de bolhas e espuma se mostra promissor na etapa de concentração do biossurfactante. Foram obtidas as isotermas de Gibbs para a surfactina nas temperaturas de 15, 25 e 35 °C e ajustadas de acordo com o modelo de isoterma de adsorção de Langmuir. A aplicação da análise de variância mostrou que o modelo se ajustou satisfatoriamente aos resultados experimentais e a equação que o descreve apresentou significância estatística. Portanto, as moléculas do biossurfactante foram adsorvidas em monocamadas na interface gás-líquido. Desenvolveu-se, também, um modelo matemático para os fenômenos de convecção, difusão e equilíbrio, que foi aplicado para simular as curvas de depleção para a surfactina. O modelo representou satisfatoriamente os resultados experimentais quando comparados aos resultados simulados / Abstract: Foam fractionation of biosurfactant surfactin solutions obtained from fermentation with Bacillus subtilis bacteria was experimentally studied. A bubble and foam column system was mounted and operated in a semi-batch mode aiming at to optimize the concentration enrichment and the recovery of the bioproduct. The process involves the injection of gaseous nitrogen through a sparger in the basis of the column containing the surfactin liquid solutions. Gas flow rates of 20, 40 and 60 mL/min and initial concentrations of 240, 400 and 700 mg/L were used in the experimental runs. Temperatures of 15, 25 and 35 °C were used in the experiments. With the bubbles ascending in the column, a convection phenomena is produced from the liquid to the gas and due the amphiphilic property of the surfactant, solute molecules are adsorbed at the gas-liquid interface of the bubbles. A foam column on the top of the liquid column is also formed and after drainage phenomena and a break procedure of the foam, a surfactant concentrated solution is obtained. Surfactin enrichment and recovery from the initial solution were determined for several experimental conditions. Average values for the enrichment are in the range of 1,9 to 52,5 times and recovery are in the range from 80,5 to 98,3 %. The higher values of enrichment are got with diluted solutions runs operated at low gas flow rates and higher temperatures. The results indicates this process as very promising in the concentration of surfactin solutions. Using Gibbs adsorption theory for the gas-liquid interface, gas-liquid isotherms were obtained in the temperatures of 15, 25 and 35 °C and adjusted by the Langmuir model. A variance analysis from experimental planning was performed and showed a good agreement with experimental results. A mathematical modeling for the convection, adsorption and equilibrium represented satisfactorily the depletion curves in the bubble column / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Biotecnologicos / Mestre em Engenharia Química