Em um mundo no qual uma crescente demanda por energia deve ser suprida, surgem preocupações referentes à sustentabilidade das fontes energéticas disponíveis, uma vez que as mudanças climáticas, aliadas aos fatores econômicos vinculados à obtenção de energia por diferentes fontes estimulam a avaliação de oportunidades na melhoria da estabilidade energética global. Estimulada por apresentar benefícios ambientais e, sobretudo, por tratar-se de um processo que utiliza fontes biológicas renováveis, a produção mundial de biodiesel vem crescendo. O notável aumento da disponibilidade de glicerol no mercado mundial é justificado pelo grande crescimento desta indústria, na qual ocorre sua produção como subproduto. Por não poder ser utilizado para fins alimentícios ou cosméticos sem purificação adicional, o uso de glicerol de baixo grau de pureza oriundo da produção de biodiesel torna-se um enorme desafio. Diante deste panorama, a rota biológica de transformação do glicerol apresenta-se como uma alternativa vantajosa em comparação à síntese química. Entre os microrganismos capazes de metabolizar glicerol a produtos de interesse industriais, Klebsiella pneumoniae vem recebendo crescente atenção. Trata-se de uma bactéria anaeróbia facultativa metabolicamente versátil, a qual vem sendo largamente investigada como produtora de 1,3-propanodiol (1,3-PDO), 2,3-butanodiol (2,3-BDO) e etanol, em adição a ácidos orgânicos. Neste trabalho, a linhagem de bactéria Klebsiella pneumoniae BLh-1 foi avaliada quanto à influência da utilização do modo de operação de batelada alimentada (operado utilizando-se um perfil de alimentação exponencial de glicerol bruto) no pool de metabólitos produzidos sob condições de anaerobiose. Um meio sintético previamente otimizado foi utilizado, testando-se velocidades específicas de crescimento empregadas de 0,035, 0,07 e 0,105 h-1. Foi verificada a produção consistente de 1,3-propanodiol e de etanol para todos os níveis testados de velocidades específicas de crescimento, ocorrendo aumento nas produtividades de 1,3-PDO observadas em todos os testes em batelada alimentada em relação aos experimentos em batelada. Não foi observada a formação de 2,3-butanodiol em nenhum dos cultivos. Os experimentos utilizando velocidade específica de crescimento de 0,105 h-1 foram considerados os mais satisfatórios sob o ponto de vista operacional diante da proposta deste trabalho, uma vez que foi possível conduzir o cultivo em batelada-alimentada mantendo concentrações residuais de glicerol baixas por um longo período. A formação de 1,3-PDO ocorreu ao longo de todo o experimento, atingindo concentração máxima de 38,52 g·L-1 ao final de 27 h. Comportamento semelhante foi observado para a produção de etanol, que alcançou concentração final de 13,22 g·L-1. Ocorreu acúmulo acentuado de glicerol após 21 h e concentrações finais de ácido acético e de ácido lático foram de 17,27 g·L-1 e de 7,78 g·L-1, respectivamente. Foram observados valores crescentes de conversões para 1,3-propanodiol e etanol ao longo do tempo, alcançando valores finais de 0,56 g·g-1 e 0,18 g·g-1, respectivamente. Sugere-se que a condução do processo em batelada alimentada gerou condições para que a rota metabólica do microrganismo fosse deslocada para a produção destes dois metabólitos. Os valores de produtividade para estes produtos variaram ao longo do tempo, apresentando valores finais de 1,43 g·L-1·h-1 para 1,3-PDO e de 0,49 g·L-1·h-1 para etanol. / In a world where a growing demand for energy must be supplied, there are concerns regarding the sustainability of energy sources, since current climate changes, combined with economic factors linked to obtaining energy from different sources stimulate assessing opportunities in improving overall energy stability. Stimulated by present environmental benefits and, above all, due to the use of renewable biological sources, biodiesel world production has increased over the last years. The remarkable increase in glycerol availability on the world market is justified by the great growth of this industry, in which production occurs as a byproduct. Since it cannot be used for food or cosmetic purposes without further purification, the use of glycerol of low purity derived from the production of biodiesel becomes a huge challenge. In light of this, the biological route of transformation of glycerol presents itself as an attractive alternative compared to chemical synthesis. Among the microorganisms able to metabolize glycerol to products of industrial interest, Klebsiella pneumoniae has received increased attention. It is a facultative anaerobic, metabolically versatile bacterium, which has been widely investigated in the production of 1,3-propanediol (1,3-PDO), 2,3-butanediol (2,3-BDO) and ethanol in addition to organic acids. In this work, the strain Klebsiella pneumoniae BLh-1 was evaluated for the influence of the use of fed batch (operated using an exponential feeding profile of crude glycerol) in the pool of metabolites produced under anaerobic conditions. A previously optimized synthetic medium was used, and specific growth rates of 0.035, 0.07 and 0.105 h-1 were tested. Consistent production of 1,3-propanediol and ethanol was observed for all tested levels of specific growth rates, with increased yields of 1,3-PDO at all levels compared to batch experiments. Formation of 2,3-butanediol was absent in all cultivations. Experiments using specific growth rate of 0.105 h-1 were considered the most satisfactory from the operating standpoint, considering the proposal of this work, since it was possible to conduct fed-batch cultivation maintaining low residual glycerol concentrations over a long period. The formation of 1,3-PDO occurred throughout the experiments, reaching maximum concentration of 38.52 g·L-1 at the end of 27 h. Similar behavior was observed for ethanol production, which achieved final concentration of 13.22 g·L-1. There was considerable accumulation of glycerol after 21 h and final concentrations of acetic acid and lactic acid were 17.27 g·L-1 and 7.78 g·L-1, respectively. Increasing conversion values were observed for 1,3-propanediol and ethanol over time, reaching final values of 0.56 g·g-1 and 0.18 g·g-1, respectively. It is suggested that carrying out the fermentation process under fed-batch operation generated a shift in metabolism towards the production of these two metabolites. Productivity values for these products varied over time, with final values of 1.43 g·L-1·h-1 for 1,3-PDO and 0.49 g·L-1·h-1 for ethanol.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:31:27Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-05-29Bitstream added on 2014-06-13T20:41:47Z : No. of bitstreams: 1 terrazas_wdm_dr_arafcf_parcial.pdf: 48029 bytes, checksum: cf95252f8151f14699804fc2932ff015 (MD5) Bitstreams deleted on 2014-06-27T19:00:46Z: terrazas_wdm_dr_arafcf_parcial.pdf,Bitstream added on 2014-06-27T19:02:02Z : No. of bitstreams: 1 terrazas_wdm_dr_arafcf.pdf: 414848 bytes, checksum: 5ac66324b77e55b12cd32a9f3b9954e6 (MD5) / Universidade Estadual Paulista (UNESP) / No presente trabalho, inicialmente foi feito um estudo da Metodologia de Superfície de Resposta (RSM) que tem sido adotada com muita freqüência na otimização com várias aplicações na biotecnologia. Foi feita uma revisão na literatura científica dos conhecimentos existente, onde se priorizou as bases teóricas da RSM que consiste em: trabalho preliminar, onde são determinados as variáveis independentes e seus níveis; seleção do projeto experimental com a previsão e verificação da validade da equação do modelo e, representação gráfica da equação do modelo e determinação das condições ótimas de operação. Em seguida a RSM foi aplicada na otimização de biomassa pela levedura recombinante Pichia pastoris. Pichia pastoris que é uma levedura metilotrófica, geneticamente manipulada para expressar proteínas heterólogas que são de grande valor biotecnologico na pesquisa básica e em usos industriais na produção de grande variedade de proteínas heterólogas. Glicerol quinase (GK; EC 2.7.1.30) é uma enzima chave no metabolismo do glicerol e catalisa glicerol para glicerol-3- fosfato na biossíntese de fosfolípidos. Nessa etapa foi conduzido um estudo para determinar um meio otimizado para a produção de biomassa máxima pela recombinante Pichia pastoris com cultivo em frascos agitados usando 2,31% (p/v) de glicerol como fonte de carbono. A otimização foi realizada por metodologia de superfície de resposta (RSM). Em experimentos preliminares, realizados seguindo um planejamento Plackett-Burman, o conteúdo de glicerol (Gli) e tempo de crescimento (t) foram selecionados como os fatores mais importantes na produção de biomassa. Assim, os ensaios subsequentes foram realizados para a otimização da produção de biomassa, seguindo um delineamento composto central rotacionado... / In this study, was initially used to study the response surface methodology (RSM) has been adopted frequently in optimization with many applications in biotechnology. A review of scientific literature on existing knowledge, which prioritized the theoretical foundations of RSM consisting of: preliminary work, where they are certain independent variables and their levels; project selection with the prediction and experimental verification of the validity of equation model and graphical representation of the model equation and determination of optimal operating conditions. RSM was then applied to the optimization of biomass by recombinant yeast Pichia pastoris in GK4 clone obtained from a previous selection of four clones from a cloning process of genetically modified yeast. Pichia pastoris is a methylotrophic yeast that has been genetically engineered to express heterologous proteins that are prized for basic research and industrial biotechnology purposes in the production of wide variety of heterologous proteins. Glycerol kinase (GK; EC 2.7.1.30) is a key enzyme in glycerol metabolism and catalyzes glycerol to glycerol-3-phosphate in the biosynthesis of phospholipids. The present study was undertaken to determine an optimized medium for the maximal biomass production of recombinant Pichia pastoris in shaker cultures using 2.31% (w/v) glycerol as the carbon source. Optimization was carried out by response surface methodology (RSM). In preliminary experiments, performed following a Plackett-Burman design, glycerol content (Gly) and growth time (t) were selected as the most important factors on biomass production. Therefore, subsequent experiments were carried out for optimization biomass production, following a central composite rotatable design as a function of Gly and time. Gly showed to have a significant... (Complete abstract click electronic access below)

Cada vez mais a busca por fontes de energia renováveis tem se intensificado. Isto não somente pela preocupação ambiental, mas também devido aos combustíveis fósseis serem limitados. Desta forma, o etanol de segunda geração (bioetanol) tem chamado a atenção por ser uma fonte de energia pouco poluente e que pode ser obtida a partir de resíduos agroindustriais. Resíduos lignocelulósicos agroindustriais, como a casca de arroz, são fontes abundantes e de baixo custo para produção biotecnológica de compostos de alto valor agregado. Esse processo biotecnológico tem o objetivo de promover o aproveitamento completo das frações celulósica (contém hexoses) e hemicelulósica (rica em pentoses) dos resíduos lignocelulósicos, para a obtenção de commodities. O presente trabalho teve como objetivo avaliar a capacidade de conversão de hexoses e pentoses pela levedura Spathaspora arborariae, descrita recentemente como boa conversora de pentoses a etanol. Cultivos sobre meio semissintético e hidrolisado de casca de arroz, a 180 rpm e 28oC, foram realizados em agitador orbital utilizando frascos Erlemmeyers, utilizando leveduras fermentadoras de hexoses e pentoses, como Saccharomyces cerevisiae, Candida shehatae, Pichia stipitis e Spathaspora arborariae, respectivamente, em cultivos isolados e em co-cultivo. As cepas testadas isoladamente apresentaram valores de produtividade de etanol (YP/S) entre 0,35 e 0,46 g g-1, enquanto que o rendimento dos co-cultivos variou de 0,30 e 0,77 g g-1 de etanol, sobre ambos os susbstratos. Também foram realizados ensaios em frascos agitados em aerobiose (180 rpm) e anaerobiose (100 rpm) a 28oC utilizando como meio de cultura com diferentes açúcares individualmente (glicose, xilose ou arabinose). O cultivo realizado em anaerobiose, utilizando glicose como substrato foi o que apresentou maior índices de conversão de etanol (Y P/S) 0,26 g g-1. Cultivos foram conduzidos em biorreatores submersos utilizando S. arborariae sobre meio semissintético, contendo glicose e xilose, em condições anaeróbicas (150 rpm), aeróbicas (400 rpm e 2 vvm; 150 rpm e 0,5 vvm) e microaerofilia (180 rpm e 0,33 vvm). O maior rendimento de etanol foi obtido no cultivo anaeróbico com Y P/S=0,52 g g-1. / It is increasing the search for renewable energy sources due to environmental concerns and the possibility of fossil fuels shortage in the near future. Thus, the second generation ethanol (bioethanol) has drawn attention for being a renewable energy source and can be obtained from organic residues. Lignocellulosic agroindustrial residues such as rice hulls are abundant resources and have a low cost for the biotechnological production of compounds of high added value. This biotechnological process aims to promote the full exploitation of the cellulose fractions (containing hexoses) and hemicellulose (rich in pentoses) of lignocellulosic wastes to obtain commodities such as ethanol. This study aimed at studying the capability of the yeast Spathaspora arborariae, recently discovered, of converting hexoses and pentoses into ethanol. Cultures on semi synthetic medium and hydrolyzed rice hull at 180 rpm and 28oC, were performed in shaker, using fermenting yeast hesoxes and pentoses such as Saccharomyces cerevisiae, Candida shehatae, Pichia stipitis and Spathaspora arborariae, either isolated or in co-cultivations. The strains tested alone showed values of ethanol yields (YP/S) between 0.35 and 0.46 g g-1, while the yield of co-cultures varied from 0.30 to 0.77 g g-1 ethanol on both substrates. Experiments were also carried out in shake flasks under aerobic conditions (180 rpm) and anaerobic (100 rpm) at 280C using culture medium with different sugars individually (glucose, xylose, or arabinose). The yeasts cultivated in anaerobic conditions using glucose as substrate showed the highest ethanol yields (YP/S) 0.26 g g-1. Cultures were conducted in submerged bioreactors using S. arborariae on semi-synthetic medium containing glucose and xylose under anaerobic conditions (150 rpm), aerobic (400 rpm and 2 vvm, 150 rpm and 0.5 vvm) and micro-aerobiosis (180 rpm and 0.33 vvm). The highest ethanol yield was obtained in anaerobic cultivation with YP/S = 0.52 g g-1.

Em um mundo no qual uma crescente demanda por energia deve ser suprida, surgem preocupações referentes à sustentabilidade das fontes energéticas disponíveis, uma vez que as mudanças climáticas, aliadas aos fatores econômicos vinculados à obtenção de energia por diferentes fontes estimulam a avaliação de oportunidades na melhoria da estabilidade energética global. Estimulada por apresentar benefícios ambientais e, sobretudo, por tratar-se de um processo que utiliza fontes biológicas renováveis, a produção mundial de biodiesel vem crescendo. O notável aumento da disponibilidade de glicerol no mercado mundial é justificado pelo grande crescimento desta indústria, na qual ocorre sua produção como subproduto. Por não poder ser utilizado para fins alimentícios ou cosméticos sem purificação adicional, o uso de glicerol de baixo grau de pureza oriundo da produção de biodiesel torna-se um enorme desafio. Diante deste panorama, a rota biológica de transformação do glicerol apresenta-se como uma alternativa vantajosa em comparação à síntese química. Entre os microrganismos capazes de metabolizar glicerol a produtos de interesse industriais, Klebsiella pneumoniae vem recebendo crescente atenção. Trata-se de uma bactéria anaeróbia facultativa metabolicamente versátil, a qual vem sendo largamente investigada como produtora de 1,3-propanodiol (1,3-PDO), 2,3-butanodiol (2,3-BDO) e etanol, em adição a ácidos orgânicos. Neste trabalho, a linhagem de bactéria Klebsiella pneumoniae BLh-1 foi avaliada quanto à influência da utilização do modo de operação de batelada alimentada (operado utilizando-se um perfil de alimentação exponencial de glicerol bruto) no pool de metabólitos produzidos sob condições de anaerobiose. Um meio sintético previamente otimizado foi utilizado, testando-se velocidades específicas de crescimento empregadas de 0,035, 0,07 e 0,105 h-1. Foi verificada a produção consistente de 1,3-propanodiol e de etanol para todos os níveis testados de velocidades específicas de crescimento, ocorrendo aumento nas produtividades de 1,3-PDO observadas em todos os testes em batelada alimentada em relação aos experimentos em batelada. Não foi observada a formação de 2,3-butanodiol em nenhum dos cultivos. Os experimentos utilizando velocidade específica de crescimento de 0,105 h-1 foram considerados os mais satisfatórios sob o ponto de vista operacional diante da proposta deste trabalho, uma vez que foi possível conduzir o cultivo em batelada-alimentada mantendo concentrações residuais de glicerol baixas por um longo período. A formação de 1,3-PDO ocorreu ao longo de todo o experimento, atingindo concentração máxima de 38,52 g·L-1 ao final de 27 h. Comportamento semelhante foi observado para a produção de etanol, que alcançou concentração final de 13,22 g·L-1. Ocorreu acúmulo acentuado de glicerol após 21 h e concentrações finais de ácido acético e de ácido lático foram de 17,27 g·L-1 e de 7,78 g·L-1, respectivamente. Foram observados valores crescentes de conversões para 1,3-propanodiol e etanol ao longo do tempo, alcançando valores finais de 0,56 g·g-1 e 0,18 g·g-1, respectivamente. Sugere-se que a condução do processo em batelada alimentada gerou condições para que a rota metabólica do microrganismo fosse deslocada para a produção destes dois metabólitos. Os valores de produtividade para estes produtos variaram ao longo do tempo, apresentando valores finais de 1,43 g·L-1·h-1 para 1,3-PDO e de 0,49 g·L-1·h-1 para etanol. / In a world where a growing demand for energy must be supplied, there are concerns regarding the sustainability of energy sources, since current climate changes, combined with economic factors linked to obtaining energy from different sources stimulate assessing opportunities in improving overall energy stability. Stimulated by present environmental benefits and, above all, due to the use of renewable biological sources, biodiesel world production has increased over the last years. The remarkable increase in glycerol availability on the world market is justified by the great growth of this industry, in which production occurs as a byproduct. Since it cannot be used for food or cosmetic purposes without further purification, the use of glycerol of low purity derived from the production of biodiesel becomes a huge challenge. In light of this, the biological route of transformation of glycerol presents itself as an attractive alternative compared to chemical synthesis. Among the microorganisms able to metabolize glycerol to products of industrial interest, Klebsiella pneumoniae has received increased attention. It is a facultative anaerobic, metabolically versatile bacterium, which has been widely investigated in the production of 1,3-propanediol (1,3-PDO), 2,3-butanediol (2,3-BDO) and ethanol in addition to organic acids. In this work, the strain Klebsiella pneumoniae BLh-1 was evaluated for the influence of the use of fed batch (operated using an exponential feeding profile of crude glycerol) in the pool of metabolites produced under anaerobic conditions. A previously optimized synthetic medium was used, and specific growth rates of 0.035, 0.07 and 0.105 h-1 were tested. Consistent production of 1,3-propanediol and ethanol was observed for all tested levels of specific growth rates, with increased yields of 1,3-PDO at all levels compared to batch experiments. Formation of 2,3-butanediol was absent in all cultivations. Experiments using specific growth rate of 0.105 h-1 were considered the most satisfactory from the operating standpoint, considering the proposal of this work, since it was possible to conduct fed-batch cultivation maintaining low residual glycerol concentrations over a long period. The formation of 1,3-PDO occurred throughout the experiments, reaching maximum concentration of 38.52 g·L-1 at the end of 27 h. Similar behavior was observed for ethanol production, which achieved final concentration of 13.22 g·L-1. There was considerable accumulation of glycerol after 21 h and final concentrations of acetic acid and lactic acid were 17.27 g·L-1 and 7.78 g·L-1, respectively. Increasing conversion values were observed for 1,3-propanediol and ethanol over time, reaching final values of 0.56 g·g-1 and 0.18 g·g-1, respectively. It is suggested that carrying out the fermentation process under fed-batch operation generated a shift in metabolism towards the production of these two metabolites. Productivity values for these products varied over time, with final values of 1.43 g·L-1·h-1 for 1,3-PDO and 0.49 g·L-1·h-1 for ethanol.

Em um mundo no qual uma crescente demanda por energia deve ser suprida, surgem preocupações referentes à sustentabilidade das fontes energéticas disponíveis, uma vez que as mudanças climáticas, aliadas aos fatores econômicos vinculados à obtenção de energia por diferentes fontes estimulam a avaliação de oportunidades na melhoria da estabilidade energética global. Estimulada por apresentar benefícios ambientais e, sobretudo, por tratar-se de um processo que utiliza fontes biológicas renováveis, a produção mundial de biodiesel vem crescendo. O notável aumento da disponibilidade de glicerol no mercado mundial é justificado pelo grande crescimento desta indústria, na qual ocorre sua produção como subproduto. Por não poder ser utilizado para fins alimentícios ou cosméticos sem purificação adicional, o uso de glicerol de baixo grau de pureza oriundo da produção de biodiesel torna-se um enorme desafio. Diante deste panorama, a rota biológica de transformação do glicerol apresenta-se como uma alternativa vantajosa em comparação à síntese química. Entre os microrganismos capazes de metabolizar glicerol a produtos de interesse industriais, Klebsiella pneumoniae vem recebendo crescente atenção. Trata-se de uma bactéria anaeróbia facultativa metabolicamente versátil, a qual vem sendo largamente investigada como produtora de 1,3-propanodiol (1,3-PDO), 2,3-butanodiol (2,3-BDO) e etanol, em adição a ácidos orgânicos. Neste trabalho, a linhagem de bactéria Klebsiella pneumoniae BLh-1 foi avaliada quanto à influência da utilização do modo de operação de batelada alimentada (operado utilizando-se um perfil de alimentação exponencial de glicerol bruto) no pool de metabólitos produzidos sob condições de anaerobiose. Um meio sintético previamente otimizado foi utilizado, testando-se velocidades específicas de crescimento empregadas de 0,035, 0,07 e 0,105 h-1. Foi verificada a produção consistente de 1,3-propanodiol e de etanol para todos os níveis testados de velocidades específicas de crescimento, ocorrendo aumento nas produtividades de 1,3-PDO observadas em todos os testes em batelada alimentada em relação aos experimentos em batelada. Não foi observada a formação de 2,3-butanodiol em nenhum dos cultivos. Os experimentos utilizando velocidade específica de crescimento de 0,105 h-1 foram considerados os mais satisfatórios sob o ponto de vista operacional diante da proposta deste trabalho, uma vez que foi possível conduzir o cultivo em batelada-alimentada mantendo concentrações residuais de glicerol baixas por um longo período. A formação de 1,3-PDO ocorreu ao longo de todo o experimento, atingindo concentração máxima de 38,52 g·L-1 ao final de 27 h. Comportamento semelhante foi observado para a produção de etanol, que alcançou concentração final de 13,22 g·L-1. Ocorreu acúmulo acentuado de glicerol após 21 h e concentrações finais de ácido acético e de ácido lático foram de 17,27 g·L-1 e de 7,78 g·L-1, respectivamente. Foram observados valores crescentes de conversões para 1,3-propanodiol e etanol ao longo do tempo, alcançando valores finais de 0,56 g·g-1 e 0,18 g·g-1, respectivamente. Sugere-se que a condução do processo em batelada alimentada gerou condições para que a rota metabólica do microrganismo fosse deslocada para a produção destes dois metabólitos. Os valores de produtividade para estes produtos variaram ao longo do tempo, apresentando valores finais de 1,43 g·L-1·h-1 para 1,3-PDO e de 0,49 g·L-1·h-1 para etanol. / In a world where a growing demand for energy must be supplied, there are concerns regarding the sustainability of energy sources, since current climate changes, combined with economic factors linked to obtaining energy from different sources stimulate assessing opportunities in improving overall energy stability. Stimulated by present environmental benefits and, above all, due to the use of renewable biological sources, biodiesel world production has increased over the last years. The remarkable increase in glycerol availability on the world market is justified by the great growth of this industry, in which production occurs as a byproduct. Since it cannot be used for food or cosmetic purposes without further purification, the use of glycerol of low purity derived from the production of biodiesel becomes a huge challenge. In light of this, the biological route of transformation of glycerol presents itself as an attractive alternative compared to chemical synthesis. Among the microorganisms able to metabolize glycerol to products of industrial interest, Klebsiella pneumoniae has received increased attention. It is a facultative anaerobic, metabolically versatile bacterium, which has been widely investigated in the production of 1,3-propanediol (1,3-PDO), 2,3-butanediol (2,3-BDO) and ethanol in addition to organic acids. In this work, the strain Klebsiella pneumoniae BLh-1 was evaluated for the influence of the use of fed batch (operated using an exponential feeding profile of crude glycerol) in the pool of metabolites produced under anaerobic conditions. A previously optimized synthetic medium was used, and specific growth rates of 0.035, 0.07 and 0.105 h-1 were tested. Consistent production of 1,3-propanediol and ethanol was observed for all tested levels of specific growth rates, with increased yields of 1,3-PDO at all levels compared to batch experiments. Formation of 2,3-butanediol was absent in all cultivations. Experiments using specific growth rate of 0.105 h-1 were considered the most satisfactory from the operating standpoint, considering the proposal of this work, since it was possible to conduct fed-batch cultivation maintaining low residual glycerol concentrations over a long period. The formation of 1,3-PDO occurred throughout the experiments, reaching maximum concentration of 38.52 g·L-1 at the end of 27 h. Similar behavior was observed for ethanol production, which achieved final concentration of 13.22 g·L-1. There was considerable accumulation of glycerol after 21 h and final concentrations of acetic acid and lactic acid were 17.27 g·L-1 and 7.78 g·L-1, respectively. Increasing conversion values were observed for 1,3-propanediol and ethanol over time, reaching final values of 0.56 g·g-1 and 0.18 g·g-1, respectively. It is suggested that carrying out the fermentation process under fed-batch operation generated a shift in metabolism towards the production of these two metabolites. Productivity values for these products varied over time, with final values of 1.43 g·L-1·h-1 for 1,3-PDO and 0.49 g·L-1·h-1 for ethanol.

Cada vez mais a busca por fontes de energia renováveis tem se intensificado. Isto não somente pela preocupação ambiental, mas também devido aos combustíveis fósseis serem limitados. Desta forma, o etanol de segunda geração (bioetanol) tem chamado a atenção por ser uma fonte de energia pouco poluente e que pode ser obtida a partir de resíduos agroindustriais. Resíduos lignocelulósicos agroindustriais, como a casca de arroz, são fontes abundantes e de baixo custo para produção biotecnológica de compostos de alto valor agregado. Esse processo biotecnológico tem o objetivo de promover o aproveitamento completo das frações celulósica (contém hexoses) e hemicelulósica (rica em pentoses) dos resíduos lignocelulósicos, para a obtenção de commodities. O presente trabalho teve como objetivo avaliar a capacidade de conversão de hexoses e pentoses pela levedura Spathaspora arborariae, descrita recentemente como boa conversora de pentoses a etanol. Cultivos sobre meio semissintético e hidrolisado de casca de arroz, a 180 rpm e 28oC, foram realizados em agitador orbital utilizando frascos Erlemmeyers, utilizando leveduras fermentadoras de hexoses e pentoses, como Saccharomyces cerevisiae, Candida shehatae, Pichia stipitis e Spathaspora arborariae, respectivamente, em cultivos isolados e em co-cultivo. As cepas testadas isoladamente apresentaram valores de produtividade de etanol (YP/S) entre 0,35 e 0,46 g g-1, enquanto que o rendimento dos co-cultivos variou de 0,30 e 0,77 g g-1 de etanol, sobre ambos os susbstratos. Também foram realizados ensaios em frascos agitados em aerobiose (180 rpm) e anaerobiose (100 rpm) a 28oC utilizando como meio de cultura com diferentes açúcares individualmente (glicose, xilose ou arabinose). O cultivo realizado em anaerobiose, utilizando glicose como substrato foi o que apresentou maior índices de conversão de etanol (Y P/S) 0,26 g g-1. Cultivos foram conduzidos em biorreatores submersos utilizando S. arborariae sobre meio semissintético, contendo glicose e xilose, em condições anaeróbicas (150 rpm), aeróbicas (400 rpm e 2 vvm; 150 rpm e 0,5 vvm) e microaerofilia (180 rpm e 0,33 vvm). O maior rendimento de etanol foi obtido no cultivo anaeróbico com Y P/S=0,52 g g-1. / It is increasing the search for renewable energy sources due to environmental concerns and the possibility of fossil fuels shortage in the near future. Thus, the second generation ethanol (bioethanol) has drawn attention for being a renewable energy source and can be obtained from organic residues. Lignocellulosic agroindustrial residues such as rice hulls are abundant resources and have a low cost for the biotechnological production of compounds of high added value. This biotechnological process aims to promote the full exploitation of the cellulose fractions (containing hexoses) and hemicellulose (rich in pentoses) of lignocellulosic wastes to obtain commodities such as ethanol. This study aimed at studying the capability of the yeast Spathaspora arborariae, recently discovered, of converting hexoses and pentoses into ethanol. Cultures on semi synthetic medium and hydrolyzed rice hull at 180 rpm and 28oC, were performed in shaker, using fermenting yeast hesoxes and pentoses such as Saccharomyces cerevisiae, Candida shehatae, Pichia stipitis and Spathaspora arborariae, either isolated or in co-cultivations. The strains tested alone showed values of ethanol yields (YP/S) between 0.35 and 0.46 g g-1, while the yield of co-cultures varied from 0.30 to 0.77 g g-1 ethanol on both substrates. Experiments were also carried out in shake flasks under aerobic conditions (180 rpm) and anaerobic (100 rpm) at 280C using culture medium with different sugars individually (glucose, xylose, or arabinose). The yeasts cultivated in anaerobic conditions using glucose as substrate showed the highest ethanol yields (YP/S) 0.26 g g-1. Cultures were conducted in submerged bioreactors using S. arborariae on semi-synthetic medium containing glucose and xylose under anaerobic conditions (150 rpm), aerobic (400 rpm and 2 vvm, 150 rpm and 0.5 vvm) and micro-aerobiosis (180 rpm and 0.33 vvm). The highest ethanol yield was obtained in anaerobic cultivation with YP/S = 0.52 g g-1.

Made available in DSpace on 2018-08-01T22:57:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_10999_Dissertação Final de Mestrado - Thaís Machado Soares Pdf..pdf: 4504728 bytes, checksum: 859e7e43750300392c2a805cdc597e28 (MD5) Previous issue date: 2018-02-27 / Tendo em vista os impactos ambientais causados pelo uso de fontes de energia primária, órgãos federais do mundo inteiro, buscam cada vez mais, instituir pesquisas que visem a novas fontes de energia originárias de recursos naturais renováveis. Neste sentido, destaca-se o biodiesel, criado no intuito de substituir o óleo diesel derivado do petróleo. Industrialmente, a produção desse biocombustível é catalisada por catalisadores homogêneos, que acabam proporcionando certas limitações ao processo. Desse modo, a catálise heterogênea é uma alternativa que vem sendo avaliada, sendo que, o óxido de cálcio (CaO) é um dos catalisadores sólidos que vem se destacando, devido sua alta atividade e baixo custo. Porém, o CaO apresenta problemas de lixiviação. Neste contexto, o estudo teve como objetivo, apresentar um diagnóstico relativo à adição de lítio em nanocatalisadores de óxido de cálcio, sintetizados pelo método de impregnação úmida e decomposição térmica, com a finalidade de avaliar qual técnica é mais eficiente para obter um material com uma maior estabilidade e seletividade, para servir como um catalisador heterogêneo em reações de transesterificação de óleo de soja via rota metílica. Utilizando as técnicas de caracterização por termogravimetria (TGA), difração de raios X (DRX), espectroscopia (FTIR) e microscopia (MEV) e (MET), pode-se confirmar o formato e os elementos presentes bem como o tamanho médio do cristalito e os parâmetros de rede dos nanocatalisadores. Por meio da técnica de espectroscopia (RMN 1H), foi possível verificar que a adição de lítio no nanocatalisador de CaO, aumentou a atividade catalítica e a seletividade em biodiesel. Além disso, as técnicas utilizadas para a síntese das nanopartículas proporcionaram uma maior estabilidade ao material, pois a conversão de produtos em biodiesel foram superiores a 87% no terceiro ciclo reacional.

Orientadores: Carlos Alberto Luengo, Iris C. L. Torriani / Tese (doutorado) - Universidade Estadualde Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-14T00:42:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sousa_JoseCarlosde_D.pdf: 2407873 bytes, checksum: d3fef38f124c2bb8be7adcbce12cbe15 (MD5) Previous issue date: 1991 / Resumo: Amostras de madeira de Pinus elliottii foram tratadas termicamente numa faixa de temperaturas entre 600 ºC e o 2600 ºC, em atmosfera inerte, obtendo-se assim os carvões vegetais que foram objetos de pesquisa nesta tese. Assumiu-se que esse material obedece ao modelo de estrutura granular proposto por Emmerich e que, segundo o modelo de Kalliat, Kwak e Schmidt, apresenta uma estrutura porosa composta por micro, meso e macroporos. Utilizando-se as técnicas de difração de raios-X a altos-ângulos, de espalhamento de raios-X a baixos-ângulos e de adsorsão física de dióxido de carbono, obtiveram-se os dados relativos ao comportamento das dimensões dos microcristalitos turbostráticos (teoria de Warren), dos parâmetros característicos da estrutura porosa, das dimensões fractais das superfícies dos poros e das áreas superficiais específicas dos microporos, os quais, foram analisados em função das temperaturas de tratamento térmico dos carvões. Concluiu-se que os carvões em estudo podem ser considerados altamente porosos, que a evolução da estrutura porosa está intimamente ligada à dinâmica de crescimento dos microcristalitos e que, as dimensões fractais dos macroporos diminui quando é tomado em conta a influencia dos microporos. Concluiu-se ainda que o crescimento das áreas superficiais especificas dos microporos, obtidas pelo método de adsorsão gasosa, até a temperatura onde a atividade de volatilização é relevante, é devido ao aumento do número de canais, os quais, permitem ao adsorvato alcançar não somente os novos microporos criados como também outros já existentes e de tamanhos maiores / Abstract: Pine wood samples of Pinus elliottii were heal treated in a range of temperatures from 600 ºC to 2600 ºC. In inert atmosphere. The charcoals, the subject of this research work, were then obtained. It was assumed that this material behaves according to the granular structure model proposed by Emmerich and that it exhibits a porous structure made up of micro, meso and macropores, according to Kalliat, Kwak and Schmidt¿s model. High angle X-ray diffraction, small angle X-ray scattering and carbon dioxide adsorption techniques were used in order to obtain the data relating to the behavior of the turbostratic microcrystallites (Warren¿s theory), the characteristic parameters of the porous structure, the fractal dimensions of the surface of the pores and the specific surface area of the micropores which, then, were analyzed as a function of the temperatures of the thermal treatment of the charcoals. It was then concluded that the charcoals studied could be considered highly porous, the evolution of the porous structure is strongly related to the dynamics of the growth of the microcrystallites and that the fractal dimensions of the macropores decreases when the influence of the micropores is taken into account. It was concluded, too, that the growing of the specific surface areas of the micropores, obtained through the gaseous adsorption technique, up to the temperature where the volatilization activity is relevant, is due to the increase in the number of channels, which allows the adsorbate to reach not only the new micropores created but also others already present and of larger sizes / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador : Nelson Eduardo Duran Caballero / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-07-14T00:39:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MachucaHerrera_AngelaElena_M.pdf: 4768752 bytes, checksum: bbfe2e28c845d51b2f793118e54a226e (MD5) Previous issue date: 1991 / Resumo: A cepa brasileira de Thermoascus aurantiacus,. um fungo termófilo. foi estudada quanto as condiçeies de crescimento. produção de enzimas e ação sobre materiais lignocelulósicos. O fungo mostrou capacidade para crescer em meios de cul tivo que continham materiais lignocelulósicos como bagaço de cana, casca de arroz e serragem de Eucaliptus grandis. como únicas fontes de carbono. O crescimento do fungo nestes substratos foi melhor do que em substratos celulósicos. As condições ótimas de crescimento do fungo foram determinadas através de métodos estatisticos de otimização. As condiçõs ótimas obtidas em meio Czapek modificado foram: 0.8% (8.0 g/l) de glicose como fonte de carbono, 37.8 mEq/l (3.2 g/l) de NaN03 como fonte de nitrogênio em pH 6,0 a 48C. Nestas condições o fungo alcançou uma velocidade máxima de crescimento ae 4.74 -0.02 (mm/h). Um teor de 27.4% (p/p) de proteina foi obtida do micélio de Thermoascus aurantiacus aos 10 dias de crescimento em meio contendo 1,5% de glicose sob condições estacionárias. A proteina micelial foi hidrolisada e sua composição em aminoácidos foi determinada. A qualidade da proteina de T.aurantiacus é semelhante à proteína da soja e à sugerida pela FAO. Apresentando uma alta concentração de aminoácidos essenciais Na cultura contendo 1,5% de glicose, sob condições estacionárias e de agitação foi detectada a presença de etanol e metanol provavelmente produtos da fermentação de glicose pelo fungo. O fungo produzi enzimas celuloliti cas, hemiceluloliticas e ligninoliticas em maior ou menor quantidade, quando cultivado em meios que continham diferentes substratos de crescimento. As máximas atividades de endo-glicanase (1.49 UI/ml) e xilanase (1.20 UI/ml), foram obtidas em meio contendo 1.5% de glicose. Os máximos valores foram obtidos quando a glicose alcançou uma concentração de 0.3%. no sexto dia de crescimento. sob condições estacionárias. A atividade celulolitica de Thermoascus aurantiacus foi comparável à do fungo Trichoderma reesei (cepa selvagem), o fungo apresentou, atividade enzimática capaz de descolorir Remazol brilliant blue R. sendo que a máxima descoloração ocorreu quando foram adicionados ao meio 1.5% de glicose e 0.5% de serragem de Eucaliptus grandis, simultaneamente. Uma ligeira descoloração ocorreu quando o meio continha somente glicose. Uma alta atividade fenol oxidase foi obtida quando o fungo foi culivado em meio que continha 1,5% de serragem de Eucaliptus grandis e 0,5% de glicose. Nenhuma atividade foi obtida utilizou-se apenas glicose como fonte de carbono. Foi estudada a biodegradação dos componentes da madeira de Eucaliptus grandis (serragem e cavacos) . Após 21 dias de tratamento da madeira com Thermoascus aurantiacus, sob condições estacionárias e 50°C. obteve-se uma perda de peso de 6,7% para serragem e de 6,2% para cavacos, em cultura contendo 0.5% de glicose. Em ambos os casos (serragem e cavacos), o fungo atacou, principalmente, os componentes extraiveis em etanol/benzeno, provovando uma perda em peso de 64.4% na serragem e 59.0% nos cavacos / Abstract: Growth conditions, enzime production and lignocellulosic materials degradation by Brazilian strain of Thermoascus aurantiacus, were studied. The fungus showed ability to grow on lignocellulosic materials such as sugar cane bagasse, rice hull and Eucaliptus grandis sawdust, as single carbon sources. Growth of the fungus in these subtrates was better than cellulosic one. Statistical methods were applied for optimization of the growth conditions in Czapek-glucose (0,8%) modified medium in ph 6.0 at 48 degree degree and a NaN09 concentration of 37.8 mEq/1 (3.2 g/1) were observed. The growth rate value obtained in these conditions was 4.74 +- 0.02mm/h. Cultures of Thermoascus aurantiacus using glucose (1.50%) showed a 27.4% (w/w) of mycelila protein after 10 days incubation. Mycelial protein showed essential amino acids content similar to soybean protein and FAO standard requirements. Ethanol and methanol were detected in the extracellular medium of Thermoascus aurantiacus agitated as well as in stationary cultures using glucose 1.5%. Cellulolytic, hemicellilolytic and ligninolytic activities were produced when the fungus grown on a variety of substrates High endo-glucanase (1.49 UI/ml) and xylanase (1.20 UI/ml) activities were detected on glucose 1.5%. A higher enzyme activity was reached when the glucose concentration was reduced to 0.3% (sixth day) Thermoascus aurantiacus exhibits cellulolytic similar to Trichoderma reesei (wild strain). The higher decoloriation of Remazol brilliant blue (RBB-R) by cultures of Thermoascus aurantiacus in the presence of glucose (0.5% ) and Eucaliptus grandis sawdust (1.5%) simultaneously was observed. A light decolorization was observed when glucose was used as single carbon source. High phenol-oxidase activirty was reached when the fungal growth was on Eucaliptus grandis sawdust (1.5%) plus glucose (0.5%). No phenol-oxidase activity was observed when glucose was used as single carbon source. Sawdust and chips of Eucaliptus grandis biodegradation was studied. Growth of Theromoascus aurantiacus on Eucaliptus grandis resulted in a weight loss of 6.7% and 6.2%, for sawdust and chips respectively after 21 days of incubation at 50 degree on glucose 0.5% Fungal attack was more efficient on the extractives than other wood components. An extractive loss of 64.4% in sawdust and 59.0% in chips was obtained. / Mestrado / Bioquimica / Mestre em Ciências Biológicas

Orientador : Nelson Eduardo Duran Caballero / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-17T02:28:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mello_MaricildaPalandide_D.pdf: 7686909 bytes, checksum: a33efa2cfe8b4bc8cba54237a87690d5 (MD5) Previous issue date: 1982 / Doutorado