Dissertação(mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência de Alimentos, Escola de Química e Alimentos, 2010. / Submitted by Caroline Silva (krol_bilhar@hotmail.com) on 2012-08-13T19:45:26Z No. of bitstreams: 1 dissertao - francisco-1.pdf: 1598375 bytes, checksum: 011e4e3014589fe2de68fb5af51b8aaf (MD5) / Approved for entry into archive by Bruna Vieira(bruninha_vieira@ibest.com.br) on 2012-12-02T12:20:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 dissertao - francisco-1.pdf: 1598375 bytes, checksum: 011e4e3014589fe2de68fb5af51b8aaf (MD5) / Made available in DSpace on 2012-12-02T12:20:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertao - francisco-1.pdf: 1598375 bytes, checksum: 011e4e3014589fe2de68fb5af51b8aaf (MD5) Previous issue date: 2010 / A crescente demanda de energia em tempos de diminuição no fornecimento de combustível fóssil tem atraído a atenção para a busca por fontes alternativas, que venham a substituir o uso do petróleo, do carvão e do gás natural. Neste contexto, o biodiesel produzido a partir de óleos vegetais aparece como uma alternativa para substituição ao óleo diesel. Esta possibilidade de utilização de combustíveis de origem agrícola vem apresentando um potencial promissor no mundo inteiro, sendo um mercado que cresce aceleradamente devido à sua enorme contribuição ao meio ambiente, com a redução qualitativa e quantitativa dos níveis de poluição ambiental, principalmente nos grandes centros urbanos, e também servindo como fonte estratégica de energia renovável em substituição ao óleo diesel e outros derivados do petróleo. A produção de biodiesel a partir dos óleos vegetais fornece um sistema bifásico, sendo uma fase não polar de ésteres de ácidos graxos e outra mais densa constituída por glicerina e outros componentes residuais do processo. Considerando que na produção de biodiesel há geração de aproximadamente 10% de glicerina, com a mistura constituída de 5% de biodiesel ao diesel (B5) estimativas apontam, em 2013, uma geração de cerca de 150 mil toneladas por ano de glicerina. Uma vez que os mercados tradicionais de glicerina não conseguirão absorver esta oferta de produto neste cenário, este trabalho vem contribuir em inovações tecnológicas relacionadas ao aproveitamento da glicerina, mais especificamente na conversão por via biotecnológica da glicerina gerada na síntese de biodiesel em biomassa de interesse comercial, como fonte de nutrientes. Os efeitos da composição do meio de preparo de inóculo e da temperatura de incubação sobre o crescimento da levedura Yarrowia lipolytica NRRL YB – 423, cultivada em meio à base de glicerina residual, foram estudados em incubadora rotatória, verificando-se que a temperatura de 25°C e utilizando um meio de inóculo com mesma composição do meio de produção foram mais adequados ao crescimento microbiano, atingindo uma concentração de biomassa de 17,7 g.L-1. Em biorreator de bancada, um planejamento fatorial para avaliar a aeração e agitação (22 ensaios mais 3 pontos centrais) foi realizado. Os ensaios indicaram agitação de 200 rpm e aeração de 1 vvm como a melhor condição de cultivo, atingindo 19,14 g.L-1 de concentração de biomassa máxima média, conteúdo protéico médio de 13,55% e teor lipídico de 7,87%. Nestas condições, o cultivo em biorreator de bancada, em relação ao cultivo em frascos agitados, levou a incrementos significativos na biomassa máxima, velocidade específica máxima de crescimento celular e produtividade, respectivamente de 1,22, 1,53 e 2,36 vezes. Com base na determinação do perfil de ácidos graxos e aminoácidos, a biomassa mostrou-se fonte promissora de ácidos graxos essenciais, em particular o ácido linoléico (49,16%) e aminoácidos essenciais como isoleucina, valina, treonina e lisina, que apresentaram escores químicos superiores ao padrão FAO/WHO, respectivamente 1,42, 1,42, 1,30 e 1,17. Portanto a biomassa mostrou-se promissora para utilização como fonte de nutrientes, em particular para alimentação animal. / The crescent demand of energy in times of decreasing in the supply of fossil fuel has been attracting the attention for the search for alternative sources, which will come to substitute the use of the petroleum, coal and natural gas. In this context, the vegetable oils appear as an alternative for substitution to the diesel oil. This possibility of using fuels from agricultural sources has shown a promising potential in the whole world, with a market that is growing rapidly because of its enormous contribution to the environment, with the qualitative and quantitative reduction of the levels of environmental pollution, mainly in the great urban centers, and also serving as strategic source of renewable energy in substitution to the diesel oil and others derived of the petroleum. The production of biodiesel from vegetable oils provides a biphasic system, being a non-polar phase of esters of fatty acids and other more dense consisting of glycerin and other waste components of the process. Considering that in the biodiesel production there is a generation of approximately 10% of glycerin, with the mixture consisting of 5% of biodiesel to diesel (B5) estimates indicate, in 2013, the generation of 150,000 tons per year. Since the traditional markets of glycerin can not absorb this additional supply of product on this scene, this work will contribute in technological innovations related to the use of glycerin, more specifically in the biotechnology conversion of glycerin generated in the synthesis of biodiesel in biomass of commercial interest, as source of nutrients. The effects of temperature and inoculum medium composition on the performance of yeast Yarrowia lipolytica NRRL YB – 423, growing on a glycerin-based medium, were studied in shaken flasks, verifying that the temperature of 25°C and the inoculum medium with the same composition of production medium were the most appropriate conditions for microorganism growth, reaching a biomass concentration of 17.7 g.L-1. In the bioreactor bench scale, a factorial design involving two variables (22 assays plus three central points) was performed, where the studied variables were agitation and aeration. The assays showed agitation of 200 rpm and aeration of 1 vvm as the best culture conditions, reaching a concentration of 19.14 g.L-1 of biomass with protein content of 13.55% and lipid content of 7.88 %. In these conditions, the cultivation in the bioreactor, in relation to the shaken flasks cultivation, leaded to significant increases in the maximum biomass concentration, maximum specific growth rate and productivity, respectively 1.22, 1.53 and 2.36 times. Based on the fatty acid and aminoacid profiles, the biomass showed to be a promising source of essential fatty acids, in particular linoleic acid (49.16%), and essential aminoacids such as isoleucine, valine, threonine and lysine, which presented chemical scores superior than FAO/WHO standard, respectively 1.42, 1.42, 1.30 and 1.17.Therefore biomass showed to be promise for use as a source of nutrients, particularly for animal feed.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Grettya Maria Assuncao.pdf: 2495923 bytes, checksum: 815b6e9d74269efe9f6ba6585d9b8a4f (MD5) Previous issue date: 2014-02-28 / The whey is a dairy industry effluent. Due to its high nutritional content , is used in the production of whey protein concentrate by ultrafiltration. This process generates another residue, cheese whey permeate which also contains high nutritional content, it is rich in lactose, and some minerals (P, K, Mg, Na and Ca). Can be reused in fermentation processes as a source of nutrients. One of these processes is the production of cell biomass from the growth of yeasts for use in food for human and animal consumption. Yeasts are used to obtain the GRAS (generally regarded the safe), in other words, be considered safe for use in foods. Some are: S. cerevisiae, used as a standard micro-organism to have its well-defined characteristics; S. boulardii, used in medicine as probiotic and marketed as a medicine, there are no reports of its production from waste; K. marxianus with potential of metabolizing lactose present in the permeate. This work aims to study the growth of three yeasts, using culture medium as the residue of cheese whey permeate, for the production of biomass. Two experimental design were performed to enzymatic hydrolysis in order to obtain the best condition for this process, and an experimental design was carried out for the fermentations in order to assess which variables are significant in the production of yeast biomass process. The analyzes carried out during the process were: absorbance, reducing sugars, indirect and direct dry weight and pH. Fermentation was carried out with addition of oxygen, aiming an increase in the production of cell biomass, BOD and COD analysis and analysis of the final concentration of ethanol. The best condition for the hydrolysis was obtained using [enzyme] 0.125% , T 35.35 °C and pH 7,7. For the production of biomass without added oxygen, the best values achieved for all yeasts were from 150 g L-1 and permeate temperature of 30 °C, the results were: 14.22 g L-1 of S. cerevisiae at pH 4, 1 g L-1 [(NH4)2SO4], 0.5 g L-1 [MgSO4], and 4 g L-1 [KH2PO4 ]; 22.85 g L-1 of S. boulardii at pH 5,5, 9 g L-1 [(NH4)2SO4], 1.2 g L-1 [MgSO4] and 9 g L-1 [KH2PO4]; and 16.90 g L-1 of K. marxianus at pH 6,5, 2 g L-1 [(NH4)2SO4], 2.5 g L-1 [MgSO4] and 1 g L-1 [KH2PO4]. The results of cell biomass obtained in these process conditions and with the addition of oxygen to the fermentation medium were 16.54 g L-1 of S. cerevisiae, 30.58 g L-1 of S. boulardii and 21.12 g L-1 K. marxianus. The ethanol concentration at the end of the process for each yeast was 28.8 g L-1 of ethanol from S. cerevisiae; 27 g L-1 of ethanol from S. boulardii and 52.1 g L-1 of ethanol from K. marxianus. And the reduction in BOD and COD parameters was 69.31% in COD and 97.19% in BOD using S. cerevisiae; 97.67 % in COD and 99.53 % in BOD using S. boulardii; and 83.53 % in COD and 93.14 % in BOD using K. marxianus. Thus, the study demonstrated that permeate cheese whey is a residue with a potential application in the production of yeast biomass, which allow the end of the fermentation process reduced the initial organic load of the waste being one of the bound parameters to reduce the environmental impact as well as the decreasing cost of the wastewater treatment processes. / O soro de queijo é um efluente da indústria láctea. Devido ao seu alto teor nutricional, é utilizado na produção de concentrado proteico de soro por ultrafiltração. Esse processo gera outro resíduo, o permeado de soro de queijo que também contém elevado teor nutricional, pois é rico em lactose, além de alguns sais minerais (P, K, Mg, Na e Ca). Pode ser reutilizado em processos fermentativos como fonte de nutrientes. Um destes processos é a produção de biomassa celular proveniente do crescimento de leveduras, para uso em alimentos para consumo humano e animal. As leveduras utilizadas devem obter o GRAS (generally regarded as safe), ou seja, ser consideradas seguras para o uso em alimentos. Algumas são: S. cerevisiae, utilizada como micro-organismo padrão por ter suas características bem definidas; S. boulardii, utilizada na medicina como probiótico e comercializada como medicamento, não havendo relatos da sua produção a partir de resíduos; K. marxianus com potencial de metabolizar a lactose presente no permeado. Este trabalho tem por objetivo estudar o crescimento das três leveduras utilizando como meio de cultivo o resíduo permeado de soro de queijo, para a produção de biomassa. Dois planejamento experimentais foram realizados para a hidrólise enzimática visando obter a melhor condição para esse processo, e um planejamento experimental foi realizado para as fermentações com o intuito de avaliar quais as variáveis são significativas no processo de produção de biomassa de leveduras. As análises realizadas durante o processo foram: absorbância, açúcares redutores, massa seca indireta e direta e pH. Foi realizada uma fermentação com adição de oxigênio, objetivando um aumento na produção de biomassa celular, análises de DBO e DQO e análise da concentração final de etanol. A melhor condição obtida para a hidrólise foi utilizando [enzima] 0,125%, T 35,35ºC e pH 7,7. Para a produção de biomassa sem adição de oxigênio, os melhores valores alcançados para todas as leveduras foram a partir de 150 g L-1 de permeado e a temperatura de 30 ºC, cujos resultados foram respectivamente: 14,22 g L-1 de S. cerevisiae em pH 4, 1 g L-1 [(NH4)2SO4], 0,5 g L-1 [MgSO4] e 4 g L-1 [KH2PO4]; 22,85 g L-1 de S. boulardii em pH 5,5, 9 g L-1 [(NH4)2SO4], 1,2 g L-1 [MgSO4] e 9 g L-1 [KH2PO4]; 16,90 g L-1 de K. marxianus em pH 6,5, 2 g L-1 [(NH4)2SO4], 2,5 g L-1, [MgSO4] e 1 g L-1 [KH2PO4]. Os resultados de biomassa celular obtidos nessas condições de processo e com a adição de oxigênio ao meio fermentativo foram 16,54 g L-1 de S. cerevisiae, 30,58 g L-1 de S. boulardii e 21,12 g L-1 de K. marxianus. A concentração de etanol ao final do processo para cada levedura foi de 28,8 g L-1 de etanol a partir de S. cerevisiae; 27,0 g L-1 de etanol a partir de S. boulardii e 52,1 g L-1 de etanol a partir de K. marxianus. E a redução nos parâmetros DBO e DQO foi de 69,31% na DQO e 97,19% na DBO utilizando S. cerevisiae; 97,67% na DQO e 99,53% na DBO utilizando S. boulardii; e 83,53% na DQO e 93,14% na DBO utilizando K. marxianus. Desta forma, o estudo demonstrou que o permeado de soro de queijo é um resíduo com grande potencial de aplicação na produção de biomassa de leveduras, as quais possibilitam ao final do processo fermentativo uma redução da carga orgânica inicial do resíduo sendo esse um dos parâmetros vinculados à redução do impacto ambiental, bem como à diminuição dos custos de processos de tratamento do efluente.