Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:20Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-03-10Bitstream added on 2014-06-13T19:55:50Z : No. of bitstreams: 1 oliveira_jg_me_sjrp.pdf: 586675 bytes, checksum: eb6b0200b3fee380d719351a3d33513f (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Surfactantes são moléculas que por apresentarem porções hidrofílicas e hidrofóbicas são capazes de reduzir a tensão superficial de um meio fluido. Esta característica é importante para aplicações industriais fazendo destes tenso-ativos compostos de alto interesse. Compostos de origem microbiana que apresentam características surfactantes são denominados biossurfactantes e apresentam vantagens de serem produzidos a partir de substratos renováveis, serem biodegradáveis, apresentarem baixa toxicidade e especificidade química. O objetivo desse trabalho foi verificar a produção de biossurfactante pela bactéria Bacillus pumilus utilizando glicose, sacarose, vinhaça, óleo residual de fritura e melaço como substrato e avaliar o potencial para aplicação na biorremediação envolvendo óleo residual de fritura. O microrganismo foi mantido em meio ágar nutriente, para a produção de biossurfactante foi utilizado um meio mínimo basal composto por sais e óleo diesel acrescido de concentrações de 1 a 5% de glicose, sacarose, vinhaça, óleo residual de fritura e melaço, o pH foi ajustado a 7,0. A fermentação ocorreu em agitador orbital rotatório a 200 rpm em 30 ºC, e foi verificada a produção de biossurfactante após 24, 48, 72 e 96h de fermentação. Foi verificada a variação do pH após cada período de fermentação. O caldo fermentado foi centrifugado a 7077 x g a 4 ºC por 15 minutos. O crescimento celular foi determinado pela massa celular seca. A presença de biossurfactante foi verificada no caldo livre de células através da medição da tensão superficial, índice de emulsificação e concentração micelar crítica (CMC). O biossurfactante foi precipitado com etanol absoluto. A partir do melhor parâmetro de produção foi verificada a atividade emulsificante, atividade antimicrobiana e potencial para remoção do óleo residual de fritura... / Surfactants are molecules that make portions of hydrophilic and hydrophobic are able to reduce the surface tension of a fluid medium. This feature is very important for industrial applications by making these surface-active compounds of high interest. Compounds of microbial origin that has characteristics surfactants are called biosurfactants and have advantages to be produced from renewable substrates, are biodegradable, they exhibit low toxicity and chemical specificity. The aim of the present study was to evaluate the biosurfactant production by Bacillus pumilus using glucose, sucrose, vinassa, waste frying oil and molasses as substrate and evaluate the potential for application in bioremediation involving residual oil frying. The bacterium organism was maintained on nutrient agar for biosurfactant production, it was used a minimal medium composed of salts and diesel oil increased by concentrations of 1 to 5% glucose, sucrose, vinassa, waste frying oil and molasses, pH was adjusted to 7,0. Fermentation occurred in an orbital shaker rotating at 200 rpm at 30 º C, and was evaluated the production of biosurfactant after 24, 48, 72 and 96 hours of fermentation. The change in pH was observed after each period of fermentation. The fermented broth was centrifuged at 7077 x g at 4 ° C for 15 minutes. The cell growth was determined by dry mass. The presence of biosurfactant was found in the cell-free broth by measuring the surface tension, emulsification index and critical micelle concentration (CMC). The biosurfactant was precipitated with absolute ethanol. From the best measure of production was checked emulsifying activity, antimicrobial activity and potential for removal of residual oil from frying the water and sand. Sucrose was the best substrate, it showed the highest biosurfactant production (26.83 g / L) and greater reduction of surface tension (32 mN / m)... (Complete abstract click electronic access below)

Submitted by Aelson Maciera (aelsoncm@terra.com.br) on 2017-05-19T18:15:12Z No. of bitstreams: 1 TesePLMA.pdf: 8101922 bytes, checksum: 456faa861edf6a27b2e7de9a7a271429 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-05-23T20:32:54Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TesePLMA.pdf: 8101922 bytes, checksum: 456faa861edf6a27b2e7de9a7a271429 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-05-23T20:33:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TesePLMA.pdf: 8101922 bytes, checksum: 456faa861edf6a27b2e7de9a7a271429 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-25T14:21:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TesePLMA.pdf: 8101922 bytes, checksum: 456faa861edf6a27b2e7de9a7a271429 (MD5) Previous issue date: 2016-04-29 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / This work deals with modeling applications, systematic and reliable optimization methodologies of global search, and other computational tools. It is expected that existing computational intelligence methods, encoded in an appropriate tool for the application of process engineering assisted by computer, can lead to useful numerical results for the modeling and optimization of different processes, including biotechnological processes (focus of this work). Thus, different types of methodologies suitable for computer applications, were studied here. The proposed methodologies were implemented and evaluated for the development and optimization of culture media for the fermentation process of Clostridium novyi type B, besides the fermentation process and enzymatic hydrolysis of bagasse associated with the production of bioethanol (1G and 2G). Thus, the potential application of these computational techniques was evaluated to biotechnological systems in different approaches. More specifically, it was performed: Classification of biotechnological systems ( "clustering") in kinetically similar regions to produce cellulosic ethanol (2G ethanol) using fuzzy logic; estimation by global search of kinetic parameters to an alcoholic fermentation model using Simmulated Annealing algorithm (SA) (Contributions to the thematic project FAPESP 2011 / 51902-9); formulation and optimization of economically viable culture media for Clostridium novyi type B using neuro-fuzzy data modeling followed by global search which maximize productivity, also utilizing SA algorithm as a search engine (this step of the project was conducted in partnership with the veterinary pharmaceutical company Vallée SA). The computational tools presented in this work were highly effective for modeling and optimization of the bioprocesses studied. / Este trabalho aborda aplicações de modelagem, metodologias sistemáticas e confiáveis de otimização por busca global, além de outras ferramentas computacionais. Espera-se que métodos de inteligência computacional existentes, codificados em uma ferramenta apropriada para a aplicação da engenharia de processos assistida por computador, resultem em resultados numéricos úteis para a modelagem e otimização de diferentes processos, incluindo-se os processos biotecnológicos (foco deste trabalho). Assim, diferentes tipos de metodologias, apropriadas para aplicações em computador, foram aqui estudadas. Os métodos propostos foram aplicados e avaliados ao desenvolvimento e otimização de meios de cultura para o processo fermentativo do microrganismo Clostridium novyi tipo B, além dos processos de fermentação alcoólica e hidrolise enzimática de bagaço de cana, associados à produção de bioetanol (1G e 2G). Desta forma, foi avaliado o potencial de aplicação destas técnicas computacionais aos sistemas biotecnológicos, em diversas abordagens. Mais especificamente, foram realizadas: classificação (“clustering”) de sistemas em regiões cineticamente semelhantes para a produção de etanol celulósico (Etanol 2G) utilizando lógica Fuzzy; estimação por busca global de parâmetros cinéticos do modelo para uma fermentação alcoólica utilizando o algoritmo Simmulated Annealing (SA) (Contribuições ao projeto temático FAPESP 2011/51902-9); formulação e otimização do meio de cultura economicamente viável para o Clostridium novyi tipo B utilizando a modelagem de dados por neuro-fuzzy seguido de busca global da composição de meio que maximize a produtividade utilizando também o algoritmo SA como ferramenta de busca global (esta etapa do projeto foi realizado em parceria com a empresa farmacêutica veterinária Vallée S.A). As ferramentas computacionais apresentadas neste trabalho se mostraram altamente efetivas para a modelagem e otimização dos bioprocessos estudados." / FAPESP: 2011/51902-9. / FAPESP: 2008/56246-0.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3088.pdf: 1908678 bytes, checksum: ed9e01a2e9fbc1d3d2e81b225596705b (MD5) Previous issue date: 2010-02-22 / This study presents the operational results of a pilot wastewater treatment plant. The assays were carried out in two phases: Phase 1 involved the operation of a rotating biological contactor (RBC), while Phase 2 involved a combined system operation of a submerged aerated biofilter (SAB) downstream from the RBC. The RBC and SAB units were assayed in the treatment of sanitary sewage. The average feeding rate was 82.9 L.h-1 and the active sludge recirculation rate when operated only with the RBC was 60% of the former. Despite being a rotating reactor, the RBC under investigation did not have biodiscs because it was used as a microbial bed, consisting of corrugated high-density polyethylene (HDPE) tubes fixed on a metal structure in the shape of a rotating reel submerged in the aeration cell at about 90% of its diameter, providing subtracting contact between tubes a 41-m2 surface area for biofilm fixation. On the other hand, the SAB, which was comprised of corrugated HDPE rings that provided a 55-m2 contact area, was employed to polish the RBC effluent only in Phase 2 when sludge recycling was interrupted at the beginning of the process. This operation, which is typical of activated sludge systems, was carried out in Phase 1 (211 days). Substrate characterization showed maximum chemical oxygen demand (COD) concentrations of 3820.8 mgL-1 (average of 1004.5 mgL-1), an indication of contamination by liquid industrial effluents. In the first stage of testing (with the RBC), the treated effluent after secondary sedimentation tank were achieved in this study, biochemical oxygen demand (BOD) removal averages of 71.3% and the COD removals of 79.6%, respectively. Among the forms of nitrogen analysis, the concentration of organic nitrogen showed the greatest reductions reaching an average maximum of 51.2% and 91.5%. In the second stage of tests (RBC followed by SAB) efficiency BOD removal achieved was 78.2%, while the COD efficiency removal was 71.6%. The removal of volatile suspended solids after BAS achieved 39.2%, whereas RBC achieved volatile suspended solids removal of 65.3%. The pilot plant also showed that the concentration of SAB in the downstream of RBC minimized the variations in concentrations of all measured parameters, related to partially or fully treated wastewater, bringing benefits not linked to removal of carbonaceous organic matter. / Este estudo apresenta os resultados da operação de uma planta piloto de tratamento biológico para águas residuárias, em testes realizados em duas fases de estudo, sendo a primeira relacionada com a operação de um reator biológico de contato (RBC) e a segunda com a operação em sistema combinado, com um biofiltro aerado submerso (BAS) à jusante do RBC. As unidades RBC e BAS foram ensaiadas no tratamento de esgoto sanitário. A vazão média de alimentação foi de 82,9 Lh-1, e vazão de recirculação de lodo ativo quando se operou somente com o RBC, fixada em cerca de 60 % dessa vazão. O RBC utilizado, apesar de rotativo, não possuía biodiscos, pois foram utilizados como leito microbiano, tubos corrugados de polietileno de alta densidade (PEAD), fixados em uma estrutura metálica com a forma de um carretel rotativo, que foi submerso na célula de aeração em aproximadamente 90 % de seu diâmetro, enquanto que o BAS, montado com anéis corrugados, de PEAD, foi utilizado como polimento do efluente do RBC somente no segundo estágio dos ensaios. A caracterização do substrato, mostrou valores de concentração da demanda química de oxigênio (DQO), máxima de 3820,8 mgL-1 (média de 1004,5 mgL-1), denotando contaminação com efluentes líquidos industriais. No primeiro estágio dos ensaios (apenas com o RBC), o efluente tratado após o decantador secundário foram alcançadas neste estudo, remoções médias de DBO de 71,3%, e remoções de DQO de 79,6 %. Dentre as formas de nitrogênio analisadas, a concentração de nitrogênio orgânico apresentou as maiores reduções atingindo média de 51,2% e máxima 91,5%. No segundo estágio dos ensaios (RBC seguido de BAS) a eficiência alcançada de DBO foi de 78,2%, enquanto a eficiência de remoção de DQO foi de 71,6%. O BAS degradou 39,2 % dos sólidos suspensos voláteis que saíram da câmara com o RBC, enquanto o RBC degradou 65,3 % dos sólidos suspensos voláteis da entrada. A planta piloto apresentou também que a operação do BAS à jusante do RBC minimizou as variações das concentrações de todos os parâmetros analisados, relacionados ao efluente parcialmente ou totalmente tratado, não trazendo benefícios ligados a remoção de matéria orgânica carbonácea. Este estudo apresenta os resultados da operação de uma planta piloto de tratamento biológico para águas residuárias, em testes realizados em duas fases de estudo, sendo a primeira relacionada com a operação de um reator biológico de contato (RBC) e a segunda com a operação em sistema combinado, com um biofiltro aerado submerso (BAS) à jusante do RBC. As unidades RBC e BAS foram ensaiadas no tratamento de esgoto sanitário. A vazão média de alimentação foi de 82,9 Lh-1, e vazão de recirculação de lodo ativo quando se operou somente com o RBC, fixada em cerca de 60 % dessa vazão. O RBC utilizado, apesar de rotativo, não possuía biodiscos, pois foram utilizados como leito microbiano, tubos corrugados de polietileno de alta densidade (PEAD), fixados em uma estrutura metálica com a forma de um carretel rotativo, que foi submerso na célula de aeração em aproximadamente 90 % de seu diâmetro, enquanto que o BAS, montado com anéis corrugados, de PEAD, foi utilizado como polimento do efluente do RBC somente no segundo estágio dos ensaios. A caracterização do substrato, mostrou valores de concentração da demanda química de oxigênio (DQO), máxima de 3820,8 mgL-1 (média de 1004,5 mgL-1), denotando contaminação com efluentes líquidos industriais. No primeiro estágio dos ensaios (apenas com o RBC), o efluente tratado após o decantador secundário foram alcançadas neste estudo, remoções médias de DBO de 71,3%, e remoções de DQO de 79,6 %. Dentre as formas de nitrogênio analisadas, a concentração de nitrogênio orgânico apresentou as maiores reduções atingindo média de 51,2% e máxima 91,5%. No segundo estágio dos ensaios (RBC seguido de BAS) a eficiência alcançada de DBO foi de 78,2%, enquanto a eficiência de remoção de DQO foi de 71,6%. O BAS degradou 39,2 % dos sólidos suspensos voláteis que saíram da câmara com o RBC, enquanto o RBC degradou 65,3 % dos sólidos suspensos voláteis da entrada. A planta piloto apresentou também que a operação do BAS à jusante do RBC minimizou as variações das concentrações de todos os parâmetros analisados, relacionados ao efluente parcialmente ou totalmente tratado, não trazendo benefícios ligados a remoção de matéria orgânica carbonácea.

Uma abordagem promissora para a obtenção de coquetéis enzimáticos eficientes para a etapa de hidrólise na produção de etanol de 2ª geração é o enriquecimento em termos de atividades que lhes faltam, mas podem ser obtidas através de sistemas heterólogos. O trabalho teve como objetivo avaliar o sistema toxina -antitoxina (TA) para estabilização plasmidial em E. coli na produção de expansina e endoglucanase recombinantes. Os resultados indicaram que o sistema de expressão com estabilização TA é tão eficaz quanto o dependente de antibiótico para estabilização plasmidial. Além disso, mostrou-se mais eficiente pelo fato de não permitir a sobrevivência de células sem o plasmídeo. Estudos indicaram a quantidade mínima de 0,05mM de IPTG para expressão das proteínas nesta linhagem, cerca de 20 vezes menos que a concentração usualmente aplicada no momento da indução. Sendo assim, o sistema de estabilização plasmidial TA mostrou-se uma ótima ferramenta para o desenvolvimento de uma plataforma alternativa para a produção de proteínas recombinantes. / A promising approach to obtain efficient enzyme cocktails for the hydrolysis step in the production of 2nd generation ethanol is the enrichment in terms of activities that are lacking, but can be obtained by heterologous systems. The study aimed to evaluate the toxina-antitoxin (TA) system for plasmid stabilization in E. coli in the production of recombinant expansin and endoglucanase. The results indicated that the expression system with TA stabilization is as effective as the antibiotic dependent for plasmid stabilization. Moreover, it proved to be more efficient by not allo wing the survival of cells without the plasmid. Studies have indicated the minimum amount of 0.05 mM IPTG for expression of proteins in this strain, about 20 times less than the concentration usually applied for induction. Thus, the plasmid stabilization TA system proved to be a great tool for the development of an alternative platform for producing recombinant proteins.

Submitted by Caroline Periotto (carol@ufscar.br) on 2016-09-21T20:12:40Z No. of bitstreams: 1 TeseFFF.pdf: 5653411 bytes, checksum: 875bb8d2ed23313c792c9c246e285a85 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-23T18:31:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseFFF.pdf: 5653411 bytes, checksum: 875bb8d2ed23313c792c9c246e285a85 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-23T18:31:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseFFF.pdf: 5653411 bytes, checksum: 875bb8d2ed23313c792c9c246e285a85 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-23T18:31:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseFFF.pdf: 5653411 bytes, checksum: 875bb8d2ed23313c792c9c246e285a85 (MD5) Previous issue date: 2016-03-18 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Lignocellulosic ethanol, also called second generation ethanol, is a promising alternative for decreasing fossil fuel dependency globally. Nevertheless, its production process still needs further improvements in order to achieve industrial feasibility. Despite the massive experimental effort in this area, threshold values to be pursued in order to attain an economically feasible process are still missing. In this context, this study focused on constructing a methodology for economic evaluation of early-stage developing processes, such as second generation ethanol, aiming to show the R&D area directions to be followed for a successful industrial implementation of the process. The systematic procedure integrates bioprocess systems engineering (PSE) and economic engineering tools to perform a “retro” tecno-economic analysis. This analysis is able to identify the main process variables that influence the economic feasibility of the process and their target values. Initially, the methodology was tested on a case study involving the production of succinic acid from sucrose by fermentation. The methodology was able to eliminate one of the variables initially considered (sucrose conversion), due to its low influence on the process feasibility. Additionally, target values were obtained for the succinic acid concentration in the fermenter as a function of the selectivity and the specific productivity (the process variables chosen). Finally, the integrated production of ethanol from sugarcane juice and bagasse (first and second generation ethanol, respectively) was assessed. The three variables with the highest effect on the economic feasibility of the process were: the biocatalyst yield, the sucrose conversion and the solid mass fraction, both in the hydrolysis reactor. The reactor productivity, on the other hand, had little impact on the process feasibility. Besides, the experimental results already achieved the values needed for this variable. In general, the methodology was able to yield important information about both case studies required improvements for achieving economic feasibility. Although used in biochemical processes, the methodology is general, applying to all types of chemical processes. / A produção de etanol lignocelulósico, o chamado etanol de segunda geração, é uma alternativa promissora para diminuir a dependência energética global dos combustíveis fósseis. Entretanto, um desenvolvimento maior de seu processo de produção ainda é necessário para sua efetiva implementação industrial. Apesar do grande esforço experimental na área, ainda não existem informações claras sobre os valores limites a serem alcançados nas diversas etapas de processo para que esse se torne economicamente viável. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi construir uma metodologia para avaliação econômica de processos em estágio inicial de desenvolvimento, como é o caso do etanol de segunda geração, indicando à área de P&D direções a serem seguidas para sua viável implementação industrial. Tal procedimento sistemático integra ferramentas de engenharia de bioprocessos e sistemas e engenharia econômica para realizar uma análise tecno-econômica “reversa”, que permite obter as variáveis que mais influenciam a viabilidade do processo, bem como seus valores limites para que tal viabilidade seja alcançada. Inicialmente, a metodologia proposta foi testada em um estudo de caso envolvendo o processo de produção de ácido succínico a partir da sacarose por rota fermentativa. Nesse processo, a metodologia conseguiu eliminar uma das variáveis inicialmente consideradas (a conversão da sacarose), devido a sua baixa influência. Além disso, foram obtidos valores mínimos para a concentração de ácido succínico no fermentador em função da seletividade e da produtividade específica (as variáveis de processo escolhidas). Em seguida, considerou-se a produção integrada de etanol a partir do caldo e do bagaço de cana-de-açúcar, etanol de primeira e segunda geração, respectivamente. As três variáveis com maior impacto na viabilidade econômica do processo foram: o rendimento do biocatalisador, a conversão da celulose no reator de hidrólise e a fração de sólidos nesse reator. A produtividade do reator, por outro lado apresentou baixo impacto na viabilidade, além de os resultados experimentais já estarem no patamar necessário para essa variável. De modo geral, a metodologia foi aplicada com sucesso aos estudos de caso escolhidos, produzindo dados importantes quanto às melhorias necessárias para que os processos alcancem a viabilidade econômica. Apesar de ter sido aplicada a bioprocessos, a metodologia é geral, sendo adequada ao estudo econômico de qualquer processo químico.

Este trabalho tem como finalidade estudar e estabelecer alguns parâmetros no processo fermentativo descontínuo alimentado de uma levedura recombinante Saccharomyces cerevisiae W303-181, visando aumentar a obtenção da enzima glicose-6-fosfato desidrogenase (G6PDH). Foram feitas a padronização e otimização do preparo de inóculo de S. cerevisiae recombinante. Foram três as condições estudadas. Reduziu-se o tempo de preparo do inóculo de 114 h, da primeira condição, para e 64 e 48 h para a segunda e terceira condições, respectivamente. Essas duas últimas condições mostraram-se adequados para dar continuidade com os processos fermentativos. Foi feito um estudo de otimização da concentração de micronutrientes (adenina, histidina, triptofano e uracila) no meio de cultivo usando a metodologia de superfície de resposta. Concluiu-se que, ao empregar o meio de cultivo cujas concentrações dos micronutrientes tenham sido otimizadas, a atividade específica de G6PDH atingiu 7927 U/L, 3,2 vezes maior que para o meio controle. Estudou-se a influência da constante de tempo (K), na síntese de G6PDH em processo descontínuo alimentado com vazão de alimentação exponencialmente crescente e decrescente, utilizando meio de cultivo otimizado e não otimizado. Os valores estudados de K para vazão de alimentação exponencialmente crescente foram 0,2, 0,3, 0,5, 0,7 e 0,8 h-1 e, para a decrescente, foram 0,2, 0,5 e 0,8 h-1. Dentre os cultivos com vazão exponencialmente crescente e com meio de cultivo não otimizado, encontrou-se para K=0,2 h-1 uma atividade enzimática (558 U/L) 4,1 vezes maior que para a levedura selvagem. Dentre os cultivos nas vazões exponencialmente crescente e decrescente, encontrou-se para a vazão crescente e K=0,2 h-1 os maiores níveis de produção de G6PDH (847 U/L). Foram estudados a influência da concentração inicial de glicose e o tempo de alimentação do processo descontínuo alimentado com vazão de alimentação exponencialmente crescente e K=0,2h-1. Verificou-se que a concentração inicial de glicose não favoreceu a formação de biomassa ou a produção de enzimas. Contudo, determina e as máximas velocidades específicas de crescimento celular e de produção de G6PDH, com as maiores velocidades correspondendo às menores concentrações iniciais. Por fim, foi estudada a influência da concentração de leucina na síntese da G6PDH e verificou-se que teores de leucina entre 0-240 mg/L não influenciaram o crescimento celular ou a produção de enzima nos cultivos estudados. / The purpose of this work is to study and to establish some parameters in the fed-batch process of a recombinant strain of Saccharomyces cerevisiae, aiming to increase the production the enzyme glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PDH). The recombinant S. cerevisiae inoculum preparation was standardized and optimized. Tree methods were studied. The inoculum preparation time was reduced to 114 h, from first method, to 64 and 48 h to second and third methods, respectively. These two last methods were adequate in order to proceed with the fermentation process. It was evaluated the best micronutrients (adenine, histidine, tryptophan and uracil) concentration in the cultivation medium to produce G6PDH, using a response surface methodology. We concluded that using cultivation medium witch optimized micronutrients concentration, the G6PDH activity reach 7927 U/L, 3.2 fold higher than to not optimized medium. The influence of time constant (K) on the G6PDH synthesis was studied at fed-batch bioreactor under exponentially increasing and decreasing feeding rates, using optimized medium cultivation and not optimized medium. The values for K at increasing rates were 0.2, 0.3, 0.5, 0.7 and 0.8 h-1, and for decreasing rates were 0.2, 0.5 and 0.8 h-1. Among K values for exponentially increasing rates with not optimized cultivation medium, K=02 h-1 shows higher G6PDH production (558U/L), 4.1 fold higher than wild yeast. Among cultivations proceeded with exponentially increasing and decreasing feeding rates and using a optimized medium, increasing rate and k=0.2 h-1 shows the higher G6PDH production (847 U/L) too. The initial glucose concentration and feeding time was studied at fed-batch bioreactor under exponentially increasing feeding rate with K=0.2 h-1. It was verified that initial glucose concentration do not favored mass or G6PDH production. Although, it determines the maximum G6PDH production and the maximum growth rates, with higher rates at lowest initial glucose concentration. At the end, the influence of leucin at G6PDH production was evaluated. It was verified that concentrations values between 0-240 mg/L did not showed influence at cell growth or G6PDH production, at the studied cultivations.

Este trabalho tem como finalidade estudar e estabelecer alguns parâmetros no processo fermentativo descontínuo alimentado de uma levedura recombinante Saccharomyces cerevisiae W303-181, visando aumentar a obtenção da enzima glicose-6-fosfato desidrogenase (G6PDH). Foram feitas a padronização e otimização do preparo de inóculo de S. cerevisiae recombinante. Foram três as condições estudadas. Reduziu-se o tempo de preparo do inóculo de 114 h, da primeira condição, para e 64 e 48 h para a segunda e terceira condições, respectivamente. Essas duas últimas condições mostraram-se adequados para dar continuidade com os processos fermentativos. Foi feito um estudo de otimização da concentração de micronutrientes (adenina, histidina, triptofano e uracila) no meio de cultivo usando a metodologia de superfície de resposta. Concluiu-se que, ao empregar o meio de cultivo cujas concentrações dos micronutrientes tenham sido otimizadas, a atividade específica de G6PDH atingiu 7927 U/L, 3,2 vezes maior que para o meio controle. Estudou-se a influência da constante de tempo (K), na síntese de G6PDH em processo descontínuo alimentado com vazão de alimentação exponencialmente crescente e decrescente, utilizando meio de cultivo otimizado e não otimizado. Os valores estudados de K para vazão de alimentação exponencialmente crescente foram 0,2, 0,3, 0,5, 0,7 e 0,8 h-1 e, para a decrescente, foram 0,2, 0,5 e 0,8 h-1. Dentre os cultivos com vazão exponencialmente crescente e com meio de cultivo não otimizado, encontrou-se para K=0,2 h-1 uma atividade enzimática (558 U/L) 4,1 vezes maior que para a levedura selvagem. Dentre os cultivos nas vazões exponencialmente crescente e decrescente, encontrou-se para a vazão crescente e K=0,2 h-1 os maiores níveis de produção de G6PDH (847 U/L). Foram estudados a influência da concentração inicial de glicose e o tempo de alimentação do processo descontínuo alimentado com vazão de alimentação exponencialmente crescente e K=0,2h-1. Verificou-se que a concentração inicial de glicose não favoreceu a formação de biomassa ou a produção de enzimas. Contudo, determina e as máximas velocidades específicas de crescimento celular e de produção de G6PDH, com as maiores velocidades correspondendo às menores concentrações iniciais. Por fim, foi estudada a influência da concentração de leucina na síntese da G6PDH e verificou-se que teores de leucina entre 0-240 mg/L não influenciaram o crescimento celular ou a produção de enzima nos cultivos estudados. / The purpose of this work is to study and to establish some parameters in the fed-batch process of a recombinant strain of Saccharomyces cerevisiae, aiming to increase the production the enzyme glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PDH). The recombinant S. cerevisiae inoculum preparation was standardized and optimized. Tree methods were studied. The inoculum preparation time was reduced to 114 h, from first method, to 64 and 48 h to second and third methods, respectively. These two last methods were adequate in order to proceed with the fermentation process. It was evaluated the best micronutrients (adenine, histidine, tryptophan and uracil) concentration in the cultivation medium to produce G6PDH, using a response surface methodology. We concluded that using cultivation medium witch optimized micronutrients concentration, the G6PDH activity reach 7927 U/L, 3.2 fold higher than to not optimized medium. The influence of time constant (K) on the G6PDH synthesis was studied at fed-batch bioreactor under exponentially increasing and decreasing feeding rates, using optimized medium cultivation and not optimized medium. The values for K at increasing rates were 0.2, 0.3, 0.5, 0.7 and 0.8 h-1, and for decreasing rates were 0.2, 0.5 and 0.8 h-1. Among K values for exponentially increasing rates with not optimized cultivation medium, K=02 h-1 shows higher G6PDH production (558U/L), 4.1 fold higher than wild yeast. Among cultivations proceeded with exponentially increasing and decreasing feeding rates and using a optimized medium, increasing rate and k=0.2 h-1 shows the higher G6PDH production (847 U/L) too. The initial glucose concentration and feeding time was studied at fed-batch bioreactor under exponentially increasing feeding rate with K=0.2 h-1. It was verified that initial glucose concentration do not favored mass or G6PDH production. Although, it determines the maximum G6PDH production and the maximum growth rates, with higher rates at lowest initial glucose concentration. At the end, the influence of leucin at G6PDH production was evaluated. It was verified that concentrations values between 0-240 mg/L did not showed influence at cell growth or G6PDH production, at the studied cultivations.

O ácido clavulânico é um potente inibidor de β-lactamases utilizado como terapêutico em associação à amoxicilina. O processo industrial de obtenção envolve o cultivo bacteriano em processo descontínuo, enquanto que a sua purificação é realizada, principalmente, por processos de extração líquido-líquido com solventes orgânicos e etapas cromatográficas. Assim, métodos alternativos como a purificação empregando sistemas micelares de duas fases aquosas (SMDFA), os quais oferecem um ambiente hidrofóbico e hidrofílico que possibilita seletividade na partição de biomoléculas de acordo com sua hidrofobicidade, são de grande interesse. Neste trabalho estudou-se a viabilidade da utilização de sistema micelar misto (não-iônico/aniônico) de duas fases aquosas formados pelos tensoativos não-iônico Triton X-114 e aniônico AOT na extração do ácido clavulânico proveniente de cultivo submerso de Streptomyces clavuligerus em processo descontínuo. A estabilidade do ácido clavulânico em relação ao pH, sais e suas concentrações, temperatura e aos tensoativos foi investigada visando limitar as regiões a serem estudadas nas extrações. Determinou-se ainda o ponto névoa dos sistemas Triton X-114/Tampão e Triton X-114/AOT/Tampão em diferentes condições, bem como, estudos de migração da biomolécula para as fases e do tempo necessário para o equilíbrio do sistema. A partir destas investigações iniciais, foram definidos os níveis das variáveis: concentração de AOT (0,50, 0,75 e 1,00 mM), Triton X-114 (1, 3 e 5% m/m), NaCl (0, 0,05 e 0,10 M) e temperatura (24, 26 e 28°C), cujas influências sobre o coeficiente de partição (KAC) e recuperação da biomolécula na fase diluída (nAC) foram investigadas através de um planejamento fatorial. A análise estatística e o modelo matemático obtido a partir dos resultados para KAC revelou ser possível obterem-se KAC≈ 1,65 e nAC≈ 71,58%. No entanto, a análise estatística empregando nAC como resposta apontou condições experimentais desprovidas de significado físico-químico. Em experimentos seriados realizados com Triton X-114 3% m/m, Tampão Mcllavine pH 6,5 e adição gradual de AOT, um aumento da concentração deste tensoativo levou a maiores KAC e Balanço de massa (BMAC)≈ 85%. Desta forma é possível concluir que o sistema micelar misto de duas fases aquosas proporciona baixa perda da biomolécula e partição para a fase diluída, que é uma vantagem devido a menores problemas em uma etapa subsequente de purificação. / Clavulanic acid is a potent inhibitor of β-lactamases that is used as a therapeutic in conjunction with amoxicillin. Its industrial process of production involves bacterial growing in a batch process, while its purification is carried out mainly by process of liquid-liquid extraction with organic solvents and chromatographic steps. Thus, alternative methods like the purification employing two-phase aqueous micellar systems, which offer both hydrophobic and hydrophilic environments to solute species and allow selectivity in partitioning depending on the hydrophobicity of biomolecules, are of great concern. This work studied the feasibility of using two-phase aqueous mixed (nonionic/anionic) micellar systems formed by nonionic surfactant Triton X-114 and anionic surfactant AOT to extract clavulanic acid from broths fermented by Streptomyces clavuligerus in batch process. The stability of clavulanic acid at different values of pH, salts and their concentration, temperature and in the presence of different surfactants was investigated so as to limit the areas to be submitted to further studies. The cloud-point of the systems Triton X-114/Buffer and Triton X-114/AOT/Buffer was also determined under different conditions, and studies were performed on partitioning the biomolecule between the phases and the time needed to balance of the system. From these initial investigations the following levels of the variables were defined: concentration of AOT (0.50, 0.75, and 1.00 mM), Triton X-114 (1, 3 and 5% w/w), NaCl (0, 0.05 and 0.10 M) and temperature (24, 26 and 28°C), whose influences on the partition coefficient (KCA) and yield in the top phase (nCA) were investigated using factorial design. Statistical analysis and the mathematical model derived from the results allowed obtaining KCA≈ 1.65 e nCA≈ 71.58%. However, the statistical analysis using the response nCA indicated experimental conditions devoid of any physico-chemical meaning. In serial experiments performed with Triton X-114 3% w/w, Mcllvaine buffer at 6.5 pH and gradual addition of AOT, an increase in the concentration of anionic surfactant led to higher KCA and mass balance (BMCA≈ 85%). Thus, is possible conclude that the two-phase aqueous mixed micellar system provides low loss and partition to dilute phase, which is an advantage because it implies less problems in a subsequent step of purification.

Microrganismos fotossintetizantes têm sido utilizados por muitos anos como alimento humano devido ao seu alto conteúdo de proteína e valor nutricional. A Spirulina platensis pode ser uma fonte alternativa de proteína para a alimentação, bem como pode possibilitar a obtenção de outros produtos, como pigmentos, vitaminas e lipídios, principalmente ácidos graxos polinsaturados, como o γ-linolênico. Neste trabalho, foram estudadas as influências da concentração de cloreto de amônia no meio de alimentação (N0) e da vazão específica de alimentação (D) no cultivo de Spirulina platensis por processo contínuo, avaliando parâmetros cinéticos de crescimento bem como a composição das biomassas obtidas. A produtividade em células máxima obtida (63,9 mg.L-1.dia-1) foi comparável àquelas obtidas em processos descontínuos e descontínuos alimentados, para nitrato de potássio e cloreto de amônia como fontes de nitrogênio, respectivamente. O máximo conteúdo de proteína na biomassa foi de 72,5 %, obtido em experimento conduzido com N0 = 10 mmolar e D = 0,083 dia-l. Os melhores resultados em termos do teor do ácido γ-linolênico na fração lipídica da biomassa foi empregando vazão específica de alimentação de 0,110 dia-1 e concentração de cloreto de amônio no meio de alimentação de 1mmolar. / Photosynthesizing microorganism has been used for many years as human food because of its high protein content and nutritional value. Spirulina platensis can be an alternative source of protein for food purpose, as well as the possibility of obtaining other products like pigments, vitamins and lipids, mainly polyunsaturated fat acids like γ-linolenic. In this work, they were studied the influence of the ammonium chloride concentration in the feeding nutrient medium (N0) as well as the dilution rate (D) on the Spirulina platensis cultivation by continuous process, evaluating the kinetics parameters of the growth as well as the composition of the biomasses obtained. The maximum cell productivity obtained (63.9 mg.L-1.day-1) was c¬omparable with that ones obtained using batch and fed-batch processes for nitrate and ammonium chloride as nitrogen sources, respectively. The highest protein biomass content was 72.5 %, obtained in experiment carried out with N0 = 10 mmolar and D = 0.083 day-1. The best result in terms of the γ-linolenic acid content in the lipid fraction of the biomass was employing dilution rate of the 0.110 day -1 and 1 mmolar of the ammonium chloride in the feeding nutrient medium.

O ácido clavulânico é um potente inibidor de β-lactamases utilizado como terapêutico em associação à amoxicilina. O processo industrial de obtenção envolve o cultivo bacteriano em processo descontínuo, enquanto que a sua purificação é realizada, principalmente, por processos de extração líquido-líquido com solventes orgânicos e etapas cromatográficas. Assim, métodos alternativos como a purificação empregando sistemas micelares de duas fases aquosas (SMDFA), os quais oferecem um ambiente hidrofóbico e hidrofílico que possibilita seletividade na partição de biomoléculas de acordo com sua hidrofobicidade, são de grande interesse. Neste trabalho estudou-se a viabilidade da utilização de sistema micelar misto (não-iônico/aniônico) de duas fases aquosas formados pelos tensoativos não-iônico Triton X-114 e aniônico AOT na extração do ácido clavulânico proveniente de cultivo submerso de Streptomyces clavuligerus em processo descontínuo. A estabilidade do ácido clavulânico em relação ao pH, sais e suas concentrações, temperatura e aos tensoativos foi investigada visando limitar as regiões a serem estudadas nas extrações. Determinou-se ainda o ponto névoa dos sistemas Triton X-114/Tampão e Triton X-114/AOT/Tampão em diferentes condições, bem como, estudos de migração da biomolécula para as fases e do tempo necessário para o equilíbrio do sistema. A partir destas investigações iniciais, foram definidos os níveis das variáveis: concentração de AOT (0,50, 0,75 e 1,00 mM), Triton X-114 (1, 3 e 5% m/m), NaCl (0, 0,05 e 0,10 M) e temperatura (24, 26 e 28°C), cujas influências sobre o coeficiente de partição (KAC) e recuperação da biomolécula na fase diluída (nAC) foram investigadas através de um planejamento fatorial. A análise estatística e o modelo matemático obtido a partir dos resultados para KAC revelou ser possível obterem-se KAC≈ 1,65 e nAC≈ 71,58%. No entanto, a análise estatística empregando nAC como resposta apontou condições experimentais desprovidas de significado físico-químico. Em experimentos seriados realizados com Triton X-114 3% m/m, Tampão Mcllavine pH 6,5 e adição gradual de AOT, um aumento da concentração deste tensoativo levou a maiores KAC e Balanço de massa (BMAC)≈ 85%. Desta forma é possível concluir que o sistema micelar misto de duas fases aquosas proporciona baixa perda da biomolécula e partição para a fase diluída, que é uma vantagem devido a menores problemas em uma etapa subsequente de purificação. / Clavulanic acid is a potent inhibitor of β-lactamases that is used as a therapeutic in conjunction with amoxicillin. Its industrial process of production involves bacterial growing in a batch process, while its purification is carried out mainly by process of liquid-liquid extraction with organic solvents and chromatographic steps. Thus, alternative methods like the purification employing two-phase aqueous micellar systems, which offer both hydrophobic and hydrophilic environments to solute species and allow selectivity in partitioning depending on the hydrophobicity of biomolecules, are of great concern. This work studied the feasibility of using two-phase aqueous mixed (nonionic/anionic) micellar systems formed by nonionic surfactant Triton X-114 and anionic surfactant AOT to extract clavulanic acid from broths fermented by Streptomyces clavuligerus in batch process. The stability of clavulanic acid at different values of pH, salts and their concentration, temperature and in the presence of different surfactants was investigated so as to limit the areas to be submitted to further studies. The cloud-point of the systems Triton X-114/Buffer and Triton X-114/AOT/Buffer was also determined under different conditions, and studies were performed on partitioning the biomolecule between the phases and the time needed to balance of the system. From these initial investigations the following levels of the variables were defined: concentration of AOT (0.50, 0.75, and 1.00 mM), Triton X-114 (1, 3 and 5% w/w), NaCl (0, 0.05 and 0.10 M) and temperature (24, 26 and 28°C), whose influences on the partition coefficient (KCA) and yield in the top phase (nCA) were investigated using factorial design. Statistical analysis and the mathematical model derived from the results allowed obtaining KCA≈ 1.65 e nCA≈ 71.58%. However, the statistical analysis using the response nCA indicated experimental conditions devoid of any physico-chemical meaning. In serial experiments performed with Triton X-114 3% w/w, Mcllvaine buffer at 6.5 pH and gradual addition of AOT, an increase in the concentration of anionic surfactant led to higher KCA and mass balance (BMCA≈ 85%). Thus, is possible conclude that the two-phase aqueous mixed micellar system provides low loss and partition to dilute phase, which is an advantage because it implies less problems in a subsequent step of purification.