Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. / Made available in DSpace on 2012-10-24T06:46:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 269318.pdf: 2003099 bytes, checksum: fd622c9a1d094955a4663f8cdfeeec90 (MD5) / Os biorreatores à membrana submersa têm sido considerados como a alternativa do futuro no que se refere ao tratamento de efluentes, uma vez que atingem uma alta eficiência na remoção de sólidos e microrganismos patogênicos, além de requerer pouco espaço. Visando estudar a eficiência deste tipo de tratamento, utilizou-se um biorreator à membrana com módulo de fibras-ocas de polieterimida acoplado a um tanque anóxico, aplicando-se recirculação de 100% da vazão de alimentação a partir do reator. Como objetivos desejava-se avaliar o módulo de membranas utilizado no tratamento de efluentes sanitários, avaliar a eficiência do BRM em relação a desnitrificação, as respostas do módulo de membranas frente às características de esgoto e condições operacionais impostas, e analisar se os resultados relativos às características do efluente tratado eram compatíveis à prática de reúso. Como resultados deste estudo, verificou-se uma concentração média afluente de DQO antes do inicio da recirculação (etapa 1) igual a 66,16 mg/L e efluente de 17,37 mg/L. Após o início da recirculação (etapa 2) os valores foram de 167,4 mg/L e 13,8 mg/L, respectivamente, atingindo-se uma remoção de matéria orgânica de 70,4% na primeira etapa e 87,4% na segunda etapa. No que se refere ao parâmetro nitrogênio amoniacal obteve-se uma remoção de 92,9% na etapa 1 e 89% na etapa 2 com valores médios para o afluente de 17,88 mg/L e para o efluente de 1,33 mg/L na primeira etapa e 45,7 mg/L e 4,9 mg/L na segunda etapa. No que se refere aos coliformes termotolerantes e totais obteve-se uma redução de 4 unidades logarítmicas com residual na ordem de 102. Atingiu-se para todos os parâmetros, concentrações compatíveis com os limites estabelecidos pelas normas de reúso. Em função dos resultados obtidos pode-se considerar que o módulo utilizado foi inapropriado para as condições operacionais adotadas. A taxa de desnitrificação no efluente foi da ordem de 80,4% (45,03 mg/L), superior aos valores encontrados em estudos realizados por outros autores com biorreatores à membrana em condições semelhantes.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2014-08-06T18:01:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 327417.pdf: 2106085 bytes, checksum: 376fec6024ab7da7581d28ca7a72bf76 (MD5) Previous issue date: 2014 / Este trabalho aborda o tratamento de efluentes sanitários considerando a remoção de nutrientes como nitrogênio e fósforo, bem como a degradação da matéria orgânica em biorreatores à membrana. A operação do biorreator compreendeu 210 dias, nos quais o sistema foi operado com intermitência entre etapas anóxicas e aeróbias para a adequada ocorrência dos fenômenos biológicos. Assim, os objetivos deste trabalho são: avaliar a remoção de nutrientes em um Biorreator à Membrana de Leito Móvel em Bateladas Sequenciais. Para a realização destes objetivos, foram utilizadas metodologias de mensuração dos componentes estudados, como nitrogênio total, nitrogênio amoniacal, nitrito, nitrato, DQO, fósforo total, ortofosfato, além de análises pontuais como respirometria, Velocidade específica de consumo de amônia, de nitrato e de fosfato. Em termos de DBO e DQO atingiu-se 99,8 e 97,3% de remoção respectivamente. Para o nitrogênio total, obteve-se 86% de remoção, sendo que para amônia atingiu-se 99,5%. Para o fósforo, identificou-se grande flutuação na remoção em função da temperatura, atingindo em média 70% durante o período mais frio e cerca de 56% para todo o período. Identificou-se, ainda, a influência positiva do material suporte na remoção de fósforo, através dos ensaios da Velocidade específica de consumo de fosfato. O sistema se mostrou eficiente e estável na remoção dos compostos testados, atingindo melhores respostas do que sistemas convencionais para o tratamento de efluentes.<br> / Abstract : This paper addresses the treatment of wastewater considering the removal of nutrients such as nitrogen and phosphorus, as well as the degradation of organic matter in membrane bioreactors The operation of the bioreactor comprised 210 days in which the system was operated intermittently between anoxic and aerobic steps to the proper occurrence of biological phenomena. Thus , the specific objectives of this study were to assess the nutrient removal in a Membrane Bioreactor Moving Bed in Sequential Batch . Methodologies for measuring the components studied , such as total nitrogen , ammonia nitrogen , nitrite, nitrate , COD , total phosphorus , orthophosphate were used in addition to individual analyzes as respirometry , the removal rate of ammonia , nitrate and phosphate. In terms of BOD and COD was reached 99.8 and 97.3 % removal respectively. For total nitrogen, was obtained 86 % removal , and ammonia was reached to 99.5%. To phosphorus, we identified large fluctuations in removing a function of temperature , averaging 70 % during the coldest period and about 56 % for the entire period . It was also identified the positive influence of carriers for phosphorus removal by FISH and the rate of removal of phosphate. The system is efficient and stable in the removal of the compounds tested, achieving better response than conventional systems for effluent treatment .

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Agráricas, Programa de Pós-Graduação em Recursos Genéticos Vegetais, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-09-22T04:08:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 334785.pdf: 5476214 bytes, checksum: 01a514e031f6dc667dbbc296f2367b67 (MD5) Previous issue date: 2015 / O abacaxizeiro comercial (Ananas comosus var. comosus), pertencente à família Bromeliaceae, teve iniciada sua domesticação no norte da América do Sul entre 6.000 e 10.000 anos atrás. Em 1492, quando os europeus chegaram às Américas, o abacaxizeiro já estava disperso por toda a América tropical e parte da subtropical. Nos séculos seguintes ele foi espalhado pelo mundo e se consolidou como uma espécie frutífera de importância econômica mundial. A produção comercial desta cultura repousa sobre uma estreita base genética e tem como principais fontes de propágulos mudas reproduzidas vegetativamente, as quais podem disseminar pragas e doenças. Ferramentas biotecnológicas compreendem um expressivo arranjo de tecnologias que podem auxiliar a caracterização, o melhoramento e a multiplicação rápida e massiva de genótipos de abacaxizeiro. Neste sentido, um maior conhecimento sobre a diversidade genética existente na espécie pode possibilitar a expansão da oferta de genótipos para o plantio comercial, ao mesmo tempo em que possibilita uma maior eficiência no planejamento e na execução de programas de melhoramento genético e de conservação de germoplasma. Por sua vez, técnicas de micropropagação possibilitam a propagação rápida e em larga escala de mudas isentas de pragas e doenças a partir de genótipos-elite, configurando alta qualidade fitossanitária e genética. Entretanto, as mudas micropropagadas de abacaxizeiro normalmente apresentam um alto custo quando comparado ao custo das mudas produzidas via reprodução vegetativa convencional. Desta forma, a combinação de altas taxas regenerativas associadas ao emprego do meio de cultura líquido em um protocolo de organogênese convencional em imersão permanente e ao protocolo via culturas nodulares (CN) em sistemas de imersão temporária podem se configurar em avanços expressivos na micropropagação do abacaxizeiro, desde que eles mantenham a fidelidade genética das plantas regeneradas. Levando em conta estes aspectos, a presente tese objetivou: a) analisar o nível de ploidia do abacaxizeiro ?Gigante de Tarauacá?, variedade tradicional do estado do Acre; b) aperfeiçoar o protocolo baseado em CN associadas a sistemas de imersão temporária na fase de crescimento de brotos; c) estudar os níveis de metilação do DNA global (NMDG) e os incrementos de massa fresca (IMF) durante as fases de multiplicação de CN e de diferenciação de CN para microbrotos, bem como avaliar por meio das análises de AFLP, nível de ploidia e de características morfológicas a fidelidade genética das mudas oriundas deste sistema regenerativo; e, d) analisar por meio de características morfológicas a fidelidade genética de plantas jovens e adultas que foram micropropagadas ao logo de sucessivas repicagens via organogênese convencional em imersão permanente e via CN associadas a sistemas de imersão temporária. Os resultados obtidos mostram que: a) a cultivar ?Gigante de Tarauacá? é triplóide (2n=3x=75); b) o sistema de imersão temporária em frascos duplos associado ao meio de cultura livre de fitorreguladores na fase de crescimento de brotos alia alta eficiência regenerativa e sincronismo no desenvolvimento de brotos vigorosos; c) os NMDG apresentaram-se dinâmicos nas duas fases estudadas e estavam associados ao IMF e a idade das culturas, por sua vez, as análises baseadas em AFLP, nível de ploidia e em características morfológicas indicaram que as plantas regeneradas mantiveram-se homogêneas; e, d) plantas de A. comosus var. comosus regeneradas via organogênese convencional e via CN mostraram-se homogêneas entre si, enquanto plantas da var. bracteatus regeneradas via organogênese convencional apresentaram uma maior susceptibilidade à ocorrência de variações morfológicas. Tomados em conjunto, os resultados da presente tese ampliam o conhecimento associado ao uso, conservação e melhoramento do abacaxizeiro.<br> / Abstract : The domestication of commercial Pineapple (Ananas comosus var. comosus), belonging to the Bromeliaceae family, started between 6000 and 10000 years ago in the Guiana?s Shield. In 1492, when Europeans arrived in America, Pineapple was spread in low lands of the tropical America and regions of the subtropical America. In the following centuries Pineapple was spread in the world and was consolidated as one of the world?s most economically important fruit species. The commercial production of this species is based in a narrow genetic base and the conventional vegetative propagation based on suckers allows the dissemination of pest and diseases. Biotechnological tools include an expressive arrangement of technologies that can assist the characterization, the improvement, and the fast and massive micropropagation of selected pineapple genotypes. In this way, a better knowledge about the genetic diversity in this species may allow the expansion of the genotypes used in commercial plantation, at the same time allowing a higher efficiency in the planning and execution of genetic improvement and conservation programs. In turn micropropagation techniques allow the fast and massive production of pest- and disease-free stock plants from elite genotypes, resulting in plantlets with high genetic and phytosanitary quality. However, the micropropagated plantlets present higher costs when compared to the vegetative stocks production costs. In this way, the combination of high regenerative rates associated with permanent immersion in liquid medium for conventional organogenesis or use of temporary immersion with bioreactors for nodule cluster cultures (NC) micropropagation may result in significant advances for pineapple micropropagation. However genetic fidelity must be guaranteed for regenerated plants. Taking these aspects into account, the present thesis aimed at: a) to analyze the ploidy level of pineapple ?Gigante de Tarauacá?, a traditional landrace from Acre state, North Brazil; b) to improve the protocol via NC associated with bioreactors of temporary immersion systems in the phase of shoots elongation; c) to study the global DNA methylation levels (GDML) and the fresh mass increase ratio (FMIR) during NC multiplication and differentiation to microshoots, as well as to evaluate the genetic fidelity through the analyzes of AFLP, ploidy level and morphological characteristics of regenerated plants; d) to analyze the genetic fidelity through morphological characteristics in young and adults plants that were micropropagated over successive subcultures via conventional organogenesis in permanent immersion and via NC associated with temporary immersion systems. The results showed that: a) the cultivar ?Gigante de Tarauacá? is triploid (2n=3x=75); b) the twin flask temporary immersion system associated with culture medium free of plant growth regulation in the phase of shoots elongation combine high regenerative efficiency and synchronism in the development of vigorous shoots; c) the GDML in both phases were dynamics and associated to the FMIR and to the cultures age, in turn, the analysis of AFLP, ploidy level and morphological features indicated homogeneity in the regenerated plants; and d) regenerated plants of A. comosus var. comosus via conventional organogenesis and via NC showed homogeneity between them, while regenerated plants of A. comosus var. bracteatus via conventional organogenesis showed a higher susceptibility to the occurrence of variant plants. Taking together, the results of this thesis expand the knowledge associated with the use, conservation and genetic improvement of pineapple.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-09-29T04:06:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 334723.pdf: 4064458 bytes, checksum: 38c3320ec71fb1808501e6dec11c0f14 (MD5) Previous issue date: 2015 / O lançamento de esgotos com tratamento inadequado ou muitas vezes sem tratamento tem conduzido a um cenário de constante degradação ambiental de ambientes aquáticos. Além do aporte de matéria orgânica, destaca-se também nesse processo a elevada carga de nutrientes, especialmente nitrogênio e fósforo, que desembocam nos corpos hídricos e culminam na intensificação do fenômeno de eutrofização. A grande importância na preservação dos recursos hídricos remete à busca por tecnologias que sejam capazes de garantir um efluente tratado com baixo residual de poluentes, minimizando o impacto associado ao seu lançamento. Neste contexto, esta pesquisa teve por objetivo avaliar a utilização de um biorreator à membrana (BRM), operado em batelada sequencial, na remoção de matéria orgânica e nutrientes de esgoto sanitário. Os estudos no BRM foram desenvolvidos a partir de duas etapas. A Etapa 1 envolveu a avaliação do desempenho do BRM e da filtrabilidade do licor misto mediante a variação da idade do lodo (80, 40 e 20 dias). Na Etapa 2, avaliou-se a utilização de agentes químicos (quitosana, MPE ? Membrane Performance Enhancer e FeCl3) como auxiliares na remoção de nutrientes e minimizadores do processo de colmatação das membranas. Os resultados obtidos na Etapa 1 mostraram que a redução da idade do lodo otimizou o rendimento do reator quanto à remoção de nitrogênio total. Por outro lado, a remoção de fósforo não apresentou melhora significativa com a redução da idade do lodo. Contudo, a partir da implementação da fase de pré-aeração no ciclo operacional do reator, melhores resultados foram observados quanto à remoção desse nutriente, de onde se conclui que tal fase é essencial para o bom rendimento na remoção de fósforo na configuração de reator utilizado nessa pesquisa. É importante destacar o efeito da sazonalidade sobre o desempenho do reator na remoção de fósforo, em que foram observadas menores eficiências de remoção desse nutriente no período de verão e maiores no período de inverno. Os resultados mostraram também uma deterioração da filtrabilidade do licor misto durante a operação do reator com idade de lodo de 20 dias, apresentando nesse caso uma maior velocidade de colmatação das membranas. Os resultados da Etapa 2 mostraram que a utilização dos agentes químicos no BRM teve maior efeito sobre a remoção de fósforo, em que a aplicação do FeCl3 resultou na maior eficiência de remoção desse nutriente. A adição dos agentes químicos reduziu a concentração de DQO solúvel do licor misto do BRM, condicionando uma melhor filtrabilidade, com destaque ao MPE, que alcançou uma redução de quatro vezes na velocidade de colmatação das membranas. Por fim, conclui-se, a partir das Etapas 1 e 2, que os melhores resultados formam obtidos a partir das seguintes condições operacionais: idade de lodo de 20 dias; temperatura de até 20 ºC; ciclo operacional com fase de pré-aeração e aplicação do agente químico MPE.<br> / Abstract : The discharge of wastewater without adequate treatment can lead off to several problems in an aquatic ecosystem, one of which is eutrophication due to excessive nitrogen and phosphorus loading. Therefore, the preservation of water resources requires the use of technologies that are able to ensure a treated effluent with minimum residual pollutants, reducing the impact associated with their disposal. In this context, the present study aimed to evaluate the use of a membrane bioreactor (MBR), operated in sequencing batch modality, for organic matter and nutrients removal from municipal wastewater. The studies were performed in two steps. Step 1 includes the evaluation of MBR performance and membrane fouling under different solids retention time (80, 40 and 20 days). In step 2, was evaluated the use of three different kinds of flocculants (chitosan, MPR and FeCl3) in the MBR, aiming a higher nutrient removal and lower membrane fouling. The results from step 1 showed that the solids retention time reduction improved the reactor performance regarding to total nitrogen removal. Likewise, the biological phosphorus removal process (EBPR) was also benefited. However, the MBR phosphorus removal efficiency was only improved from the use of a pre-aeration phase, prior to the beginning of the filtration phase. Although the nutrients removal was benefited from the application of lower solids retention time (20 days), it was found that the filterability of the mixed liquor under such condition was deteriorated, showing the highest membrane fouling rate in this case. The results from step 2 showed that the use of floculants in the BRM had the highest effect on the phosphorous removal process, wherein the application of FeCl3 resulted in the higher removal efficiency of this nutrient. The utilization of floculants reduced the soluble COD concentration of the mixed liquor, providing better filterability, highlighting the MPE, which achieved the higher reduction in the membrane fouling rate. At last, it concludes, from steps 1 and 2, which the best results were obtained from the following operating conditions: solids retention time of 20 days; temperature to 20 °C; operating cycle with pre-aeration phase and application of flocculant MPE.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. / Made available in DSpace on 2012-10-20T16:53:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 192096.pdf: 842534 bytes, checksum: 02a6de200baaa6098ffc5213b29e2c2c (MD5) / O estado de Santa Catarina é o maior produtor de maçã do país. Para aproveitar esse potencial foi proposto neste trabalho a utilização de um biorreator do tipo airlift de circulação externa para a produção de vinagre de maçã. Trata-se de uma aplicação inovadora que apresentou vantagens quando comparada ao processo clássico de produção de vinagre, especialmente de ordem econômica, devido ao aumento de produtividade. Para a produção de vinagre foram realizadas quatro culturas em biorreator airlift e paralelamente quatro culturas controle em biorreator clássico. Foram controladas a temperatura e a aeração durante as culturas realizadas. Houve adições de álcool comercial para o término da acetificação, pois o teor de álcool do fermentado de maçã estava baixo para esse processo. O biorreator airlift apresentou superioridade na produção de ácido acético quando comparado com o biorreator clássico. A produtividade média máxima de ácido acético obtida durante a quarta cultura foi de 4,2 g.L-1.d-1 para o biorreator airlift e 1,6 g.L-1.d-1 para o biorreator clássico. Vinagres de maçã comerciais foram analisados para a obtenção de valores de referência (pH, acidez total, massa específica, cinzas, teor de álcool, acidez volátil, extrato seco). Detectou-se que alguns vinagres comerciais não atendem a legislação com relação aos teores de cinzas e extrato seco. As características físico-químicas e sensoriais dos vinagres de maçã produzidos no biorreator airlift e também no biorreator clássico operados em batelada, atenderam às exigências da legislação e foram comparados com os vinagres de maçã comerciais. Verificou-se que os teores de cinzas e extrato seco foram superiores aos verificados nos produtos comerciais. Parâmetros cinéticos e estequiométricos foram obtidos para os biorreatores estudados. A velocidade específica média de crescimento celular foi de 0,14 d-1 para o biorreator airlift e 0,10 d-1 para o biorreator clássico. O fator de conversão médio de álcool em ácido acético para o biorreator airlift foi de 0,56 g.g-1 e para o biorreator clássico foi de 0,25 g.g-1. O fator de conversão médio de álcool em células para o biorreator airlift foi de 0,009 g.g-1 e para o biorreator clássico foi de 0,006 g.g-1. Através dos resultados obtidos durante as culturas realizadas conclui-se que um biorreator airlift é mais vantajoso a produzir vinagre do que um biorreator clássico, pois sua superioridade fica clara em todos os parâmetros analisados.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-18T10:27:40Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T23:05:45Z : No. of bitstreams: 1 177253.pdf: 25762417 bytes, checksum: 08ff918d80f18b8d7fa947c864df47ec (MD5) / Este estudo inicia uma nova geração de bioprocessos para a produção de inoculantes de fungos ectomicorrízicos (fECM). Foi estudada a produção de inoculante do fECM Pisolithus microcarpus (isolado UFSC-Pt 116), em biorreator tipo airlift com circulação externa. Inicialmente, estudou-se o efeito da composição do meio de cultura sobre a produção de biomassa fúngica, utilizando-se como base os meios Melin-Norkrans Modificado (MNM) e meio Litchfield e Arthur (L&A). Uma das variações do meio L&A, que promoveu maior produtividade, foi estudada por meio de planejamento fatorial, tendo-se como variáveis os componentes: peptona, extrato de levedura e glicose (g.L-1). A concentração de glicose pôde ser aumentada em até 40%, permitindo um melhor rendimento do biorreator. A peptona (de carne ou soja) apresentou fatores de crescimento importantes, enquanto que o extrato de levedura apresentou fatores deletérios. Em biorreator airlift o fungo cresceu principalmente na forma de pellets densos e esféricos, havendo grande produção de pigmentos. Os valores de velocidade específica máxima de crescimento foram 0,391 dia-1, para o cultivo em frascos, e 0,576 dia-1, para o cultivo no airlift. Os valores de conversão foram 0,42 g.g-1, e de produtividade de 0,49 g.L-1.dia-1, para os dois processos. O biorreator airlift forneceu velocidade específica de formação de biomassa superior a outros processos citados na literatura, com relação ao gênero Pisolithus, mostrando-se promissor para produção de biomassa de fECM. São necessários, no entanto, estudos visando controlar a fisiologia de crescimento do fungo e a adequação do processo ao cultivo de outros isolados/espécies de fECM.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. / Made available in DSpace on 2012-10-19T08:07:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T23:05:59Z : No. of bitstreams: 1 184518.pdf: 3116297 bytes, checksum: 4a86adba383c87f0952df50a559f4534 (MD5) / O vinho é uma bebida extremamente complexa pela sua composição, pelos fatores naturais e humanos que influem em suas características e por sua constituição química e bioquímica, que o caracterizam como um produto único e atraente. Esta complexidade incentivou a experimentar, de forma pioneira, o uso de um biorreator não convencional do tipo airlift de circulação externa na pré-fermentação do mosto de uva para a produção de vinhos. Esta pesquisa foi desenvolvida em duas etapas; a primeira aeróbia no biorreator airlift, para acompanhar o crescimento das leveduras e verificar o estágio ótimo de seu desenvolvimento, e a etapa anaeróbia para verificar o tempo de desdobramento e o rendimento dos açúcares em álcool. O uso do biorreator airlift diminuiu o tempo total do desdobramento dos açúcares em aproximadamente 10 dias em comparação aos métodos usuais, apresentando um produto final com menores teores de açúcares residuais, o que ocasionou uma melhoria no fator de conversão de substrato em álcool. O ensaio permitiu concluir que o uso do biorreator tipo airlift de circulação externa pode ser utilizado na indústria vinícola na pré-fermentação e posterior incubação dos mostos de uvas brancas e tintas nas fermentações mantidas em recipientes fechados, visto que atende às necessidades microbiológicas das leveduras.

Orientador : Prof. Dr. David Alexander Mitchell / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. Defesa: Curitiba, 30/03/2016 / Inclui referências : f.66-72 / Área de concentração: Desenvolvimento de processos químicos / Resumo: A fermentação em estado sólido (FES) tem o potencial de ser utilizada para a produção de pectinases, que poderiam então ser utilizadas para a sacarificação de pectina em biorrefinarias de polpa cítrica. Em um estudo recente da produção de pectinases por Aspergillus niger em biorreator de leito fixo em escala piloto, foram reportados problemas com a aglomeração de partículas e encolhimento do leito. Isto provocou a formação de caminhos preferenciais, levando ao superaquecimento em regiões localizadas do leito e à falta de uniformidade da atividade pectinolítica no final do cultivo. No presente trabalho, foi investigada a utilização da agitação intermitente como uma estratégia para prevenir a aglomeração e, assim, melhorar o desempenho em um biorreator de leito fixo para a produção de pectinases. Foram comparados três regimes de agitação com um substrato que consiste da mistura de 27 kg de farelo de trigo e 3 kg de bagaço de cana de açúcar: uma única agitação (10 h), três agitações (8, 10 e 12 h) e cinco agitações (a cada 2 h de 8 a 16 h). Foi obtida boa uniformidade na atividade pectinolítica após um evento de agitação, mas se o leito ficar sem agitação por períodos em torno de 10 h, o problema da aglomeração tende a retornar, o que pode levar a perda da uniformidade. O regime com o melhor desempenho foi um cultivo de 20 h com três agitações. A aglomeração não ocorreu e, como resultado, a temperatura do leito foi mantida na faixa de 30 a 35°C, que é favorável ao crescimento de A. niger. Através desse controle da temperatura, é possível promover a homogeneidade da atividade pectinolítica, com níveis uniformes ao longo de toda a extensão do leito no momento da colheita. Para 15 amostras retiradas a partir de diferentes posições na vertical e na horizontal do leito no final desse cultivo, a atividade pectinolítica média foi de 22 U g?1, com desvio padrão da amostra de 2 U g?1. Conclui-se que a utilização de biorreatores de leito fixo com agitação intermitente é uma estratégia promissora para a produção de pectinases em FES. Palavras-chave: Fermentação em estado sólido. Biorreator de leito fixo. Aspergillus niger. Agitação intermitente. Pectinases. Uniformidade do produto. / Abstract: Solid-state fermentation (SSF) has the potential to be used for the production of pectinases, which could then be used for the saccharification of pectin in citrus waste biorefineries. In a recent study of production of pectinases by Aspergillus niger in a pilot-scale packed-bed bioreactor, we encountered problems with the agglomeration of particles and shrinkage of the substrate bed. This led to the creation of preferential flow paths, with overheating in localized regions of the bed and a lack of uniformity of pectinase levels at the end of the fermentation. In the current work, we investigated the use of intermittent agitation as a strategy for preventing agglomeration and thereby improving the performance of our pilot-scale packed-bed bioreactor. We compared three agitation regimes with a substrate mixture consisting of 27 kg of wheat bran and 3 kg of sugarcane bagasse: a single agitation (10 h), three agitations (at 8, 10 and 12 h) and five agitations (every 2 h from 8 to 16 h). Good uniformity of pectinase activity in the bed was achieved after an agitation event, but if the bed was left unmixed for periods of around 10 h, the agglomeration problems tended to return, with subsequent loss of uniformity. The best regime was that with three agitations. Agglomeration did not occur and, as a result, the bed temperature was maintained in the range of 30 to 35°C, which is favorable for growth of A. niger. Harvesting would be at 20 h, when the pectinase levels were relatively uniform within the bed: For 15 samples removed from different vertical and horizontal positions of the bed at this time, the average pectinase activity was 22 U g?1 and a sample standard deviation of 2 U g?1. We conclude that use of intermittently-mixed packed-bed bioreactors is a promising strategy for producing pectinases in SSF. Key-words: Solid-state fermentation. Packed-bed bioreactor. Aspergillus niger. Intermittent agitation. Pectinases. Product uniformity.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:36:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2989.pdf: 1358671 bytes, checksum: 12fbd756cc40d3ef3c2c00e46613717e (MD5) Previous issue date: 2010-02-25 / Financiadora de Estudos e Projetos / Due to the large number of functional advantages, pneumatic bioreactors have drawn attention in the biotechnology field, being more promising than stirred and aerated tank bioreactors. Parameters such as global gas hold-up (&#61541;G), volumetric oxygen transfer coefficient (kLa) and average shear rate (Ym) must be considered as performance criteria of these types of bioreactors to provide a better understanding of their hydrodynamics. However, there are no works in literature which compare the performance of bioreactors in terms of shear conditions. Therefore, the aim of the present work was to apply a method proposed in recent literature to evaluate the average shear rate (Ym) in three pneumatic bioreactors of 5-dm3 working volume: bubble column, split airlift and concentric-tube airlift. The volumetric oxygen transfer coefficient (kLa) was chosen as the appropriate characteristic parameter to assess the average shear rate (Ym) in this methodology. Correlations for as a function of superficial gas velocity in the riser region (Ugs) and rheological fluid properties (consistency index, K, and flow index, n) were obtained for each model of pneumatic bioreactor studied. Moreover, correlations between &#61541;G, Ugs and viscosity (&#956;) (for Newtonian fluids) and apparent viscosity (&#956;ap) (for non-Newtonian fluids) were performed. In general, global gas hold-up (&#61541;G) was higher for non-Newtonian fluids. The Ym values estimated by the proposed methodology lay within the range of values calculated by classical correlations. The proposed correlations were utilized to predict the Ym during three Streptomyces clavuligerus cultivations carried out at the same specific air flow rate (3.5 vvm) in the different types of pneumatic bioreactors. The lowest values of related to the highest values of Ym consistency index (K) were found for the bubble column bioreactor, and the highest values of related to the lowest values of K were found for the concentric-tube airlift bioreactor. Intermediate values were found for the split airlift bioreactor. The results showed that high Ym values affect the structural health of the mycelia by rupture of the hipha. / Biorreatores pneumáticos têm se destacado no campo da biotecnologia devido suas muitas vantagens funcionais, mostrando-se mais promissores do que o modelo convencional tipo tanque agitado e aerado. Parâmetros como retenção gasosa global (&#61541;G), coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (kLa) e velocidade de cisalhamento média (&#1059;m ) devem ser analisados como critérios de desempenho desses modelos de biorreatores, para o melhor entendimento da hidrodinâmica dos mesmos. Entretanto, não existem estudos na literatura que comparem biorreatores pneumáticos em termos de condições de cisalhamento. Dessa forma, o objetivo principal deste estudo foi aplicar uma metodologia recente para quantificar e comparar a velocidade de cisalhamento média (&#1059;m ) em três biorreatores pneumáticos: coluna de bolhas, airlift tipo split-cylinder e airlift de cilindros concêntricos. O coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (kLa) foi escolhido como parâmetro característico para determinar . Correlações de em função da velocidade superficial do gás na região de subida (Ugs) e das propriedades reológicas do fluido (índice de consistência, K, e índice de comportamento de escoamento, n) foram obtidas para cada modelo de biorreator pneumático estudado. Além disso, foram obtidas correlações entre &#61541;G, Ugs e viscosidade (&#956;) para fluidos Newtonianos e viscosidade aparente (&#956;ap) para fluidos não-Newtonianos. De forma geral, a retenção gasosa global (&#61541;G) foi maior em fluidos não-Newtonianos. Os valores &#1059;m de estimados pela metodologia proposta estão dentro de uma faixa média de valores calculados por correlações clássicas. As correlações propostas foram utilizadas para predizer &#1059;m durante cultivos de Streptomyces clavuligerus realizadas sob a mesma vazão específica de ar (3,5 vvm) nos três diferentes tipos de biorreatores pneumáticos. Os menores valores &#1059;m de , relacionados aos maiores valores de índice de consistência (K), foram encontrados para o biorreator coluna de bolhas, e o maiores valores de &#1059;m, relacionados aos menores valores de K, foram encontrados para o biorreator airlift de cilindros concêntricos. Valores intermediários foram encontrados para o biorreator airlift tipo split-cylinder . Os resultados mostraram que altos valores de &#1059;m afetam a saúde estrutural dos micélios, devido à ruptura das hifas vegetativas.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:53:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000426332-Texto+Completo-0.pdf: 1464219 bytes, checksum: ea5afbd5886909161be48d8010762dd3 (MD5) Previous issue date: 2010 / This dissertation aims to use a general model to describe the growth of both bacteria Escherichia Coli as yeast Saccharomyces Cerevisiae in a bioreactor on fed-batch mode. In general, to maximize the production of biomass (microorganisms) by controlling the substrate (food) injected into the bioreactor. By the principle of bottle-neck, the maximum yield is obtained when the substrate level is maintained at a certain critical value which depends on biological variables of the process (which vary in time) and certain parameters with high degree of uncertainty. An alternative approach is the control of the by-product (acetate in the case of E. Coli or ethanol in the case of S. Cervisiae ) which should be maintained at levels close to zero and thus entire substrate is used in the production of biomass. Through the nonlinear model of the dynamic growth of the microorganism, it is proposed in this dissertation a robust control law based on the idea partial feedback linearization, in order to avoid measure a large number of biological variables di cult instrumentation. To improve the dynamic performance of the system, is also proposed a mechanism for online estimation and parametric adaptation of the reaction rate of glucose oxidation. Using the description of nonlinearities with the quasi-LPV approach and the formulation of stability conditions through linear matrix inequalities (LMIs), is designed a free linear dynamic, yield of feedback linearization, to ensure the robust stability (related to nonlinearities not canceled and parametric variations)in closed loop and also a certain performance. To verify the behavior of the proposed methodology are conducted several tests on simulations using the platform Matlab=Simulinkr, where is possible to study the behavior of the proposed strategy with regard to jobs available in the literature. / Esta dissertação apresenta um modelo geral que descreve a dinâmica do crescimento tanto da bactéria Escherichia Coli quanto da levedura Saccharomyces Cerevisiae quando produzidas em bioreatores operando no modo descontínuo com alimentação controlada (fed-batch). Em geral, procura-se maximizar a produção da biomassa (microorganismos) através do controle do substrato (alimento) injetado ao bioreator. Pelo princípio do bottle-neck, a máxima produtividade é obtida quando o nível de substrato é mantido em um determinado valor crítico que depende de variáveis biológicas do processo (que variam ao longo do tempo) e de certos parâmetros com elevado grau de incerteza. Uma alternativa a esta abordagem é através do controle do produto secundário (acetato no caso da E. Coli ou etanol no caso da S. Cervisiae) o qual deve ser mantido em níveis próximos a zero e desta forma todo o substrato é utilizado na produção de biomassa. A partir do modelo não linear da dinâmica de crescimento do microorganismo, propõe-se nesta dissertação uma lei de controle robusta baseada na ideia de realimentação linearizante parcial com o objetivo de evitar a medição de um elevado número de variáveis biológicas de difícil instrumentação. Para melhorar o desempenho dinâmico do sistema, também é proposto um mecanismo de adaptação paramétrica para a estimação online da taxa de reação da oxidação da glicose. Utilizando a descrição das não linearidades através da abordagem quasi-LPV e a formulação das condições de estabilidade por desigualdades matriciais lineares (LMIs), projeta-se a dinâmica linear livre, resultante da realimentação linearizante, de maneira a garantir a estabilidade robusta (em relação a não linearidades não canceladas e variações paramétricas) em malha fechada e também um certo desempenho. Para verificar o comportamento da metodologia proposta são realizados vários testes em simulações utilizando a plataforma Matlab=Simulinkr, onde estuda-se o comportamento da estratégia proposta em relação a trabalhos disponíveis na literatura especializada.