Made available in DSpace on 2014-06-12T15:55:49Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo9624_1.pdf: 901142 bytes, checksum: a526692bb34526b720840740263ac363 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2008 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / As proteases microbianas representam cerca de 60 % do total mundial de vendas de enzimas. Estas proteases têm sido extensivamente estudadas, devido à necessidade de novas proteases com diferentes características, para atender o rápido crescimento das indústrias baseadas na tecnologia de produção de enzimas. O presente trabalho objetivou a produção e caracterização parcial da protease produzida pelo Penicillium aurantiogriseum URM4622 em biorreator utilizando um planejamento experimental (23), visando sua aplicação em detergentes. A produção da protease ocorreu em bioreator (Fermenter RALF 2,0 L) de tanque agitado com 1,5 L de volume de trabalho, equipado com controles de temperatura, pH e oxigênio dissolvido. Amostras foram coletadas a cada 12 horas, para determinações da biomassa, curva de pH e atividade proteásica. As melhores condições para a produção da enzima, correspondente a maior atividade específica (43,67 ±1,98 U/mg) foram 26 oC; pH 7,0 e 25 % O2. A protease do caldo fermentado mostrou-se estável em uma ampla faixa de pH 5,8 - 9,5 e a temperaturas de 25 40 °C. A atividade proteolítica decresceu cerca de 26 % na presença do íon Zn2+ e aumentou 29 % com o íon Mn2+. Cerca de 96,2 % e 70,8 % da atividade proteolítica foram mantidas após 90 min de incubação com H2O2 a 5 % e 10 % (v/v), respectivamente. A inibição pelo PMSF revelou a presença de proteases do tipo serina; nenhuma inibição ocorreu em presença de Tween 80 e Triton X-100 e mais de 50% de sua atividade foi retida em presença de vários detergentes comerciais. Os resultados obtidos sugerem que o Penicillium aurantiogriseum URM4622 é uma fonte viável de produção de protease alcalina com potencial interesse na indústria de detergentes

O etanol é o combustível que mais se destaca como alternativa à gasolina no setor do transporte. No entanto, a melhoria da eficiência da fermentação, aprimorando o processo de conversão de biomassa em etanol combustível e reduzindo o custo de produção são desafios ainda pertinentes. Neste cenário, as fermentações com alta concentração de açúcar ou VHG (very high gravity) estão sendo cada vez mais estudadas. A adição de compostos como fonte de nitrogênio pode gerar benefícios para a produção de etanol, entretanto, a maioria dos estudos com suplementação de fontes nitrogenadas é realizada em sistema descontínuo simples e em escala laboratorial, embora os processos fermentativos industriais sejam conduzidos em sistema descontínuo alimentado. Neste contexto, este trabalho visou avaliar o perfil fermentativo da linhagem CAT-1 em mosto contendo alta concentração de açúcar fermentescível e suplementado com as fontes nitrogenadas peptona e sulfato de amônio, nas concentrações 5 e 10 g/L, em sistema de descontínuo simples e descontínuo alimentado com reciclo de células, utilizando diferentes escalas produtivas. Nos experimentos em sistema descontínuo simples, os tratamentos controle e peptona (5 g/L) apresentaram uma melhor produção de etanol, maior rendimento e produtividade em comparação com os demais tratamentos. Nos experimentos em sistema descontínuo alimentado não houve diferença significativa entre os tratamentos controle e peptona 5 e 10g/L, porém, o tratamento com sulfato de amônio (10 g/L) apresentou parâmetros fermentativos de produção de etanol e produtividade superiores ao tratamento controle, o oposto do descontínuo simples. Os resultados mostraram que quando as células de levedura foram submetidas a concentrações crescentes de açúcar, como é o caso do sistema descontínuo alimentado, ocorre uma adaptação das mesmas, proporcionando melhores resultados, com uma redução no tempo de fermentação para 16h. Além disso, a alta concentração de etanol no meio fermentativo causa um efeito prejudicial às células, já que nos tratamentos onde houve teores mais elevados de etanol ocorreu menor viabilidade e maior quantidade de açúcar residual. / Ethanol is the fuel that stands out as an alternative to gasoline in the transportation sector. However, improving the efficiency of fermentation, improving the process of converting biomass to fuel ethanol and reducing the cost of production are still relevant challenges. In this scenario, fermentations with high sugar concentration or very high gravity (VHG) are being studied more and more. The addition of compounds as a source of nitrogen can generate benefits for ethanol production, however, most of the studies with nitrogen supplementation are carried out in a simple discontinuous system and in laboratory scale, although the industrial fermentation processes are conducted in a fed batch system . In this context, the objective of this work was to evaluate the fermentation profile of the CAT-1 strain in must containing high fermentable sugar concentration and supplemented with nitrogen peptone and ammonium sulfate at 5 and 10 g / L in a simple discontinuous system and fed batch system, fed with recycle of cells, using different productive scales. In the simple discontinuous system experiments, the control and peptone treatments (5 g / L) presented better ethanol production, higher yield and productivity in comparison to the other treatments. However, the treatment with ammonium sulfate (10 g / L) showed fermentative parameters of ethanol production and productivity higher than the control treatment, the opposite of simple discontinuity. The results showed that when the yeast cells were submitted to increasing concentrations of sugar, as is the case of the fed batch system, an adaptation occurs, providing better results, with a reduction in the fermentation time to 16h. In addition, the high concentration of ethanol in the fermentation medium causes a detrimental effect on the cells, since in the treatments with higher levels of ethanol; less viability and more residual sugar were observed.

O glicerol pode ser aproveitado em processos biotecnológico como substrato, para a obtenção de diversos produtos, dentre eles os óleos microbianos. Desta forma, o presente estudo teve como objetivo avaliar a obtenção de lipídeos pela levedura Rhodotorula glutinis a partir de glicerol. Na etapa inicial deste estudo foram realizados ensaios em frascos agitados de 250 mL, contendo 50 mL de meio, segundo um planejamento experimental 24, com face centrada e repetições no ponto central, no qual foram avaliadas as influências das variáveis concentração de substrato (40 a 200 g/L), da razão carbono/nitrogênio (20:1 a 100:1), pH (5 a 7) e concentração de inóculo (1 a 5 g/L), sobre a produção de lipídeos. Verificou-se nesta etapa que, dentro da região avaliada, a concentração de substrato, o pH e a razão carbono/nitrogênio (C/N), apresentaram efeitos estatisticamente significativos sobre a produção de lipídeos. Dentre estas variáveis, a concentração de substrato e o pH apresentaram comportamento quadrático, com pontos de máximo acúmulo de lipídeos próximos a 140 g/L e pH 6,5, respectivamente. Quanto a razão C/N, esta variável mostrou um efeito positivo sobre o acúmulo de lipídeos, ou seja, dentro a região avaliada, o aumento da razão C/N levou a um aumento do acúmulo de lipídeos pela levedura. Nos cultivos realizados nas condições determinadas pelo modelo para maximizar o acúmulo de lipídeos foram alcançadas concentrações de células de 30 ± 1 g/L e lipídios de 15 ± 3 g/L, em 200 h de cultivo. Na segunda etapa deste estudo foi avaliada a ampliação de escala dos cultivos da levedura de frascos agitados para biorreatores de agitação pneumática do tipo coluna de bolhas (CB) e airlift (AL), com volumes de 0,5 e 1,8 L. Os cultivos em biorreatores foram realizados empregando-se as condições otimizadas na etapa anterior deste trabalho. De modo geral, os cultivos realizados em biorreatores de bancada aprestaram concentração de células (15 a 21 g/L) e de lipídeos (5 a 9 g/L), inferiores aos observados em frascos agitados (30 g/L de células e 15 g/L de lipídeos). Tal resultado pode estar relacionado a condição de disponibilidade de oxigênio uma vez que o coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (kLa) para os cultivos em frascos agitados (kLa 49 h-1) foi superior ao alcançado em biorreatores (kLa ente 20 e 30 h-1). Nesta etapa, verificou-se ainda que, os biorreatores do tipo CB possibilitaram alcançar uma concentração de lipídeos (8 a 9 g/L) superior à obtida nos reatores AL (5 a 7 g/L), além de proporcionar uma condição de mistura mais eficiente. Quanto a composição do óleo microbiano (OM) extraído da biomassa celular ao fim do cultivo, verificou-se elevados teores dos ácidos graxos palmítico (C16:0), esteárico (C18:0), oleico (C18:1) e linoleico (C18:2), os quais corresponderam a cerca de 95% de sua composição. A proporção de ácidos graxos de dezesseis e dezoito carbonos do óleo microbiano assemelha-se a encontrada no óleo de soja (cerca de 94% de C16 e C18), o que possibilita o emprego deste óleo para finalidades semelhantes às do óleo de soja, como por exemplo, produção de biodiesel. / Glycerol can be used in biotechnological processes as a substrate to obtain various products, among them microbial oils. In this way, the present study aims to evaluate the lipids production by the yeast Rhodotorula glutinis from glycerol. In the initial stage of this study, experiments were performed in 250 mL shaken flasks, containing 50 mL of medium, according to an experimental design 24, face centered and repetitions at the central point, in which the substrate concentration (40 to 200 g/L), carbon/nitrogen ratio (20:1 to 100:1), pH (5 to 7) and inoculum concentration (1 to 5 g/L) effects on lipid production were evaluated. It was verified that, within the evaluated region, the substrate concentration, pH and carbon/nitrogen ratio (C/N) had statistically significant effects on lipid production. Among these variables, the substrate concentration and pH presented a quadratic behavior, with maximum lipids accumulation points close to 140 g/L and pH 6.5, respectively. The C/N ratio presented a positive effect on the lipid accumulation, that is, within the region evaluated, the increase in the C/N ratio led to an increase in the lipid accumulation by yeast. Cultures performed under conditions determined by the model to maximize lipid accumulation reached cell concentrations of 30 ± 1 g/L and lipids of 15 ± 3 g/L in 200 h of culture. In the second stage of this study, the scale-up of the yeast shake flasks cultures for bubble column (CB) and airlift (AL) pneumatic agitation bioreactors, with volumes of 0.5 and 1.8 L, were evaluated. Cultures in bioreactors were performed using the optimized conditions in the previous stage of this work. In general, cultures in bioreactors presented cells concentrations (15 to 21 g / L) and lipids (5 to 9 g/L) lower than those observed in shaker flasks (30 g/L of cells and 15 g/L of lipid). This result may be related to the oxygen availability condition since the volumetric oxygen transfer coefficient (kLa) for cultures in shaker flasks (kLa 49 h-1) was higher than in bioreactors (kLa 20 and 30 h-1). In this stage, it was also verified that CB-type bioreactors achieve a lipid concentration (8 to 9 g/L) higher than that obtained in AL reactors (5 to 7 g/L), besides providing more efficient mixing conditions. About the composition of the microbial oil (MO), extracted from the cell biomass at the end of the cultivation, presented high levels of palmitic (C16: 0), stearic (C18: 0), oleic (C18:1) and linoleic (C18:2) fatty acids, which corresponded to about 95% of its composition. The proportion of microbial oil fatty acids of sixteen and eighteen carbons resembles that found in soybean oil (about 94% C16 and C18), which makes it possible to use this oil for similar purposes as soybean oil, such as biodiesel production, for example.

Orientador: Marcel Otavio Cerri / Resumo: Avanços na biotecnologia proporcionaram possibilidades para o eficiente desempenho da produção em larga escala de diversas biomoléculas e consequentemente suas aplicações industriais. A Escherichia coli se destaca dentre a gama de microrganismos que agem como hospedeiros de genes, desempenhando a função de codificar a síntese proteica. Os vetores mais veiculados na produção de proteínas recombinantes em E. coli são baseados no operon lac, onde o isopropil β-D1-tio-galactopiranosídeo (IPTG), análogo a molécula de lactose, é utilizado para a indução da produção da proteína de interesse. Estudos descritos na literatura também observaram o bom desempenho da lactose como agente de indução da E. coli recombinante na expressão de proteína verde fluorescente melhorada (Enhanced Green Fluorescent Protein – EGFP), e suas vantagens quando comparada ao IPTG, como por exemplo menor custo e menor toxicidade. A EGFP se tornou promissora pelo fato de ser monomérica e não precisar de auxilio de quaisquer agentes adicionais para exibir atividade de fluorescência. Possui variadas utilidades no campo biológico como excelente biomarcador da expressão genica e biosensor. Em bioprocessos, operados em biorreatores convencionais é fundamental o estudo dos parâmetros interferentes nos cultivos para a otimização da expressão do produto desejado. A oxigenação em processos conduzidos de maneira aeróbica, também é uma tarefa desafiadora em biorreatores convencionais, sendo imprescindível o controle da con... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Advances in biotechnology have provided possibilities to the performance of large-scale of biomolecules and therefore of their industrial applications. Escherichia coli stands out among microorganisms that act as host genes, functioning as a synthetic protein. The most useful vectors for the production of recombinant proteins in E. coli are based on the operon lac, where isopropyl β-D1-thiogalactopyroside (IPTG), analogous to lactose, is used to induce the production of proteins of interest. Studies in the literature have also observed the good performance of lactose as an inducer of recombinant E. coli in the expression of Enhanced Green Fluorescent Protein (EGFP), and its advantages when compared to IPTG, such as lower cost and toxicity. EGFP becomes promising because it is monomeric and does not need to help the main agents for fluorescence activity. It has several uses in the biological field as an excellent biomarker of gene expression and biosensor. In bioprocesses, operated in conventional bioreactors, it is fundamental to study the interfering parameters in the cultures to optimize the expression of the desired product. Oxygenation in aerobically conducted processes is also a challenging task in conventional bioreactors, with control of the concentration of dissolved oxygen in the culture medium is essential, which may be limiting for growth and expression of the protein of interest. In processes of production of heterologous proteins, it is assumed that the productiv... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

As microalgas são conhecidas pela sua elevada capacidade fotossintética e pela produção de compostos de alto valor agregado. Nutrientes essenciais como nitrogênio e carbono, a intensidade da luz e a temperatura são responsáveis por mudanças substanciais na produção de biomassa e compostos de interesse. Este trabalho teve como objetivo estudar os fatores como concentração de nitrogênio, variação da temperatura, regime de iluminação e regime de operação do fotobiorreator (batelada, batelada repetida e contínuo) que afetam a formação e a composição da biomassa (proteínas, lipídeos, carboidratos, ácidos graxos e carotenoides) da microalga Heterochlorella luteoviridis e desenvolver um sistema de cultivo para a utilização do CO2 formado durante a fermentação alcoólica na produção de vinho. Primeiramente foram avaliados os efeitos da temperatura (22 °C a 32 °C) e concentrações de nitrogênio (75 mg L-1 a 375 mg L-1 NaNO3) sobre a formação de biomassa H. luteoviridis e sua composição química. A concentração de nitrogênio e a temperatura influenciaram no teor de carboidratos, carotenoides e proteínas, contudo não afetaram o perfil qualitativo de carotenoides e ácidos graxos. A maior concentração de biomassa (3,35 g L-1) foi obtida com a maior concentração de nitrogênio testada. Mantendo-se a temperatura fixa (27 °C) realizaram-se cultivos com concentração de nitrogênio entre 300 mg L-1 e 750 mg L-1 NaNO3. A máxima produção de biomassa (5,26 g L-1) e carotenoides (2,06 mg g-1) foi obtida com concentração de nitrogênio de 650 mg L-1 NaNO3. As cinéticas de crescimento e consumo de nitrogênio em batelada foram ajustadas a modelos fenomenológicos. O modelo matemático proposto neste trabalho mostrou o melhor ajuste para biomassa (R2 = 0,994) e consumo de nitrogênio (R2 = 0,996). A partir deste modelo foram realizadas simulações de cultivo em modo de operação batelada repetida e contínuo com diferentes taxas de diluição e os cultivos com as maiores produtividades de biomassa preditas foram validados experimentalmente. As culturas em batelada repetida apresentaram produtividade de biomassa menor que a predita, enquanto que a contínua apresentou produtividade similar à predita pelo modelo (1,09 ± 0,01 g L-1 d-1). Os cultivos em batelada-repetida e contínuo apresentaram biomassa com maiores teores de proteínas, ácidos graxos poli-insaturados ômega 3 e carotenoides quando comparados à batelada. O cultivo contínuo foi repetido utilizando CO2 proveniente da fermentação alcoólica da produção de vinho como fonte de carbono, o qual apresentou comportamento similar ao cultivo com a CO2 comercial. Por fim, avaliou-se os efeitos da intensidade e dos comprimentos de onda da luz no crescimento e na composição da microalga H. luteoviridis. As culturas iluminadas por LED brancos com intensidade máxima de 1500 μmol m-2 s-1 apresentaram maiores produtividades de biomassa (0,29 g L-1 d-1). Comparando culturas iluminadas por LEDs vermelhos e/ou azuis, os primeiros estimularam o crescimento da biomassa enquanto que os últimos estimularam a biossíntese de carotenoides, lipídeos e proteínas. / Microalgae are known for their high photosynthetic activity and by the production of high-value products. Essential nutrients, like nitrogen and carbon, light intensity, and temperature are responsible for substantial changes in biomass and compounds production. This work aimed to study the parameters as concentration of nitrogen, temperature variation, lighting regime and operation regime of the photobioreactor (batch, repeated-batch and continuous) that affect biomass production and composition (proteins, lipids, carbohydrates, fatty acids and carotenoids) of the microalga Heterochlorella luteoviridis, and to develop an integrated culture system to use the CO2 from alcoholic wine fermentation to grow the microalga. Firstly, the effects of temperature (22 °C to 32 °C) and nitrogen concentration (75 mg L-1 to 375 mg L-1 NaNO3) were evaluated. Both parameters affected carbohydrates, carotenoids and protein contents in the biomass but did not affect the qualitative profile of carotenoids and fatty acids. The highest biomass concentration (3.35 g L-1) was achieved at the highest nitrogen concentration. New cultures were performed using nitrogen concentration between 300 mg L-1 and 750 mg L-1 NaNO3, and keeping temperature fixed at 27 °C. The maximal biomass and carotenoid production, 5.26 g L-1 and 2.06 mg g-1, were achieved using 650 mg L-1 NaNO3. The biomass growth and nitrogen consumption were adjusted by phenomenological models. The model proposed in this work showed the highest adjust for biomass (R² = 0.994) and nitrogen (R² = 9.996) data. This model was used to simulate repeated-batch and continuous cultures using several dilution rates. The cultures with the highest predicted biomass productivities were experimentally validated. The repeated-batch cultures showed lower biomass productivities than the predicted one, while the continuous culture showed biomass productivity similar to the one predicted by the model (1.09 ± 0.01 g L-1 d-1). The biomass resultant from these cultures had higher contents of proteins, omega-3 polyunsaturated fatty acids and carotenoids, compared to the biomass from batch cultures. The continuous culture was repeated using CO2 from wine fermentation as a carbon source. The results were similar to the ones using commercial CO2, showing the feasibility of the integrated process. Finally, the effects of light intensity and wavelength were evaluated on the growth and composition of H. luteoviridis biomass. Cultures illuminated with white LEDs at maximum intensity of 1500 μmol m-2 s-1 showed the higher biomass productivity, 0.29 g L-1 d-1. Comparing cultures illuminated with red and/or blue LEDs, the former stimulated biomass growth and the latter the carotenoid, lipids and protein biosynthesis.

Com a crescente demanda por energia renovável e proteção ambiental, a tecnologia de digestão anaeróbica para a produção de biogás tem atraído atenção considerável em torno do mundo. A digestão anaeróbica é um processo biológico que converte a matéria orgânica em um gás rico, o metano. É uma tecnologia bem estabelecida para o tratamento de resíduos e efluentes com alto conteúdo orgânico, provenientes de processos industriais e atividades domésticas. Neste estudo, a vinhaça, um subproduto da indústria sucroalcooleira e o efluente lácteo, subproduto da indústria de laticínios, foram avaliados para produção de biogás em reator UASB. Os efluentes orgânicos usados neste trabalho foram coletados a partir de indústrias de grande porte, localizadas no Brasil e Alemanha. Para a digestão anaeróbica da vinhaça e do efluente láctico foi utilizado um reator do tipo UASB em escala laboratorial, temperatura mesofílica e com capacidade de 87 L. Para digestão da vinhaça, o reator UASB operou durante 15 dias, com COV de 2 Kg DQO m-3 d-3 e TDH de 11,5 dias. Os resultados obtidos mostraram um bom funcionamento do reator UASB aplicado a vinhaça. Este estudo obteve-se uma eficiência de remoção de DQO de 71% e volume de biogás acumulado de 1160 litros com concentração de metano em torno de 48 a 57 %. Para a biodigestão do efluente lácteo, o reator UASB operou durante 51 dias. A eficiência do reator a partir da taxa de carga orgânica de 6 Kg COD m-3 d-3 e tempo de detenção hidráulica (TDH) de 11,8 foi estudada e seu desempenho foi avaliado pelo monitoramento do pH, DQO, relação de alcalinidade FOS/TAC e produção de biogás. Observou- se a eficiência de remoção de DQO em 71,3 %. O pH do reator foi verificado entre 7.0-7.3 e o valor de FOS/TAC entre 0,129-0,152. A produção média de biogás foi observada em 85,8 litros por dia, e o volume específico de biogás entre 0,46-0,71 L /g DQO por dia. O conteúdo de metano no biogás produzido, apresentou o valor máximo e mínimo em 56,6 % e 40 %, respectivamente / With the rising demand for renewable energy and environmental protection, anaerobic anaerobic digestion technology for biogas production has attracted considerable attention around the world. Anaerobic digestion is a biological process that converts organic matter into a methane rich gas. It is a well established technology for the treatment of waste and effluents with high organic content, from industrial processes and domestic activities. In this study, vinasse, a by-product of the sugar and alcohol industry and dairy effluent, a by-product of the dairy industry, were evaluated for biogas production in a UASB reactor. The organic effluents used in this work were collected from large industries located in Brazil and Germany. For the anaerobic digestion of the vinasse and the lactic effluent, a UASB reactor UASB was used in laboratory scale, with a mesophilic temperature and with a capacity of 87 L. For digestion of the vinasse, the UASB reactor operated for 15 days, with COV of 2 Kg COD m-3 d-3 and TDH of 11.5 days. The results obtained in this study showed a good functioning of the UASB reactor applied to vinasse. This study yielded a COD removal efficiency of 71% and an accumulated biogas volume of 1160 liters with a methane concentration of around 48 to 57%. For the digestion of dairy effluent, the UASB reactor operated for 51 days. The efficiency of the reactor from the organic loading rate of 6 kg COD m-3 d-3 and hydraulic holding time (TDH) of 11.8 was studied and its performance was evaluated by monitoring pH, COD, alkalinity ratio FOS / TAC and biogas production. The efficiency of COD removal was observed in 71.3%. The pH of the reactor was verified between 7.0-7.3 and the FOS / TAC value between 0.129-0.152. The average biogas production was observed at 85.8 liters per day, and the specific biogas volume was between 0.46-0.71 L / g COD per day. The methane content in the produced biogas, the maximum and minimum value was observed in 56.6% and 40%, respectively.

No presente trabalho foram estudados sistemas pilotos de tratamento integrado de lodos ativados com sistemas de separação por membranas de ultrafiltração visando o reúso de água. O esgoto bruto utilizado foi originado do Conjunto Residencial associado ao esgoto do restaurante universitário da Universidade de São Paulo. Este esgoto possui características físico-químicas e biológicas similares ao esgoto doméstico. O esgoto utilizado nos sistemas de tratamento foi submetido à pré-tratamento: gradeamento e caixa de areia. Foram montados dois sistemas pilotos: I) sistema piloto recebendo esgoto doméstico primário com sistema de tratamento composto por reator biológico de lodos ativados (500 L de volume) e sistema de separação por membranas de ultrafiltração tipo tubular (1,4 m² de área superficial) externa ao tanque de aeração. Este sistema apresentou como resultados principais: taxas médias de produção de permeado de 22,9 ±2,7 L.h-¹.m-² e 17 ±2,7 L.h-¹.m-².bar-¹; valores característicos do permeado em relação à variável turbidez média de 0,3±0,1 UNT, cor aparente média de 31,2±4,6 mg de PtCo.L-¹, sólidos dissolvidos totais de 201±47mg.L-¹ e sólidos suspensos totais não detectável. O sistema de lodos ativados operou em regime de aeração prolongada. II) sistema piloto recebendo esgoto doméstico, após tratamento anaeróbio em reator anaeróbio de fluxo ascendente com manta de lodo (UASB), composto por reator biológico de lodos ativados (1.500 L) e sistema de separação por membrana de ultrafiltração tipo espiral (14,4m² de área superficial) interna ao tanque de aeração. Este sistema apresentou como resultados principais: taxas médias de produção de permeado de 16,1 ± 4,1 L.h-¹.m-²; valores característicos do permeado em relação à variável turbidez média 0,2±0,1 UNT, cor aparente média de 25±5 mgPtCo.L-¹ e sólidos suspensos totais não detectável. Em ambos os sistemas as eficiências de remoção de nitrogênio e fósforo podem ser consideradas pequenas. Desta forma, foram adicionados sulfato de alumínio e cloreto férrico no tanque de aeração do sistema piloto II. As dosagens variaram de 40 a 80 mg.L-¹. Os melhores resultados de eficiência de remoção de fósforo solúvel foram obtidos com o sulfato de alumínio (em torno de 79%) na dosagem de 80 mg.L-¹. / A pilot plant integrating an extended aeration activated sludge unit and an ultrafiltration membrane system was constructed and operated aiming at the production of an effluent to be reused in industrial activities. Raw wastewater was collected from a student residential building and from one of the University of São Paulo\'s restaurants. The wastewater characteristics have shown to be very close to conventional domestic wastewaters. This wastewater was submitted to preliminary treatment by screening and subsequent grit removal. Two pilots systems were studied. The first one, treating the preliminary treated wastewater by the activated sludge unit followed by the ultrafiltration membrane system of the tubular type (1,4 m² of surface area). In this case, the membrane was located external to the aeration tank. This system has shown the following main results: average rates of percolate production of 22,9 ±2,7 L.h-¹.m-².bar-¹ and 17 ±2,7 L.h-¹.m-².bar-¹; average characteristic values of the percolate as: turbidity of 0,3±0,1 UNT, apparent Color of 31,2±4,6 mg of PtCo.L-¹, total dissolved solids of 201±47mg.L-¹ and total suspended solids not detectable. The second pilot unit received the effluent from an Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) reactor and was composed by the extended aeration activated sludge reactor and an ultrafiltration membrane system of the spiral type (14,4m² of surface area), internal to the aeration tank of the activated sludge unit. This system has shown the following main results: average rates of percolate production of 16,1 ± 4.1 L.h-¹.m-²; average characteristic values of the percolate as: turbidity of 0,2±0,1 UNT, apparent color of 25±5 mgPtCo.L-¹ and total suspended solids not detectable. In both systems, the efficiencies of Nitrogen and Phosphorus removal can be considered as small. To improve the efficiencies of soluble phosphorus removal it has been added aluminum sulphate and ferric chloride to the aeration tank of the second pilot unit. The dosages had varied from 40 to 80 mg.L-¹. The best soluble phosphorus removal (about 79%) was achieved with the dosage of 80 mg.L-¹ of aluminum sulphate.

Foram estudados a composição e o pH do meio de cultivo para a produção do fragmento de anticorpo (scFv) anti-LDL(-), expresso em Pichia pastoris recombinante. Os experimentos que definiram a composição e pH do meio assim como a concentração inicial de células na fase de indução foram realizados em agitador orbital a 250 rpm, com temperatura de 30 ºC na fase de crescimento e 20 ºC na fase de indução, durante 72 horas, com adição diária de 1% (v/v) de metanol. Para modificação do meio foi realizado um planejamento experimental empregando como variáveis independentes: extrato de soja, casaminoácidos e ureia, os quais substituíram o YNB e a biotina presentes no meio padrão (BMMY). Apesar de haver maior produção no meio com extrato de soja, o meio contendo 10 g.L-1 de casaminoácidos foi selecionado, uma vez que este favoreceu a etapa de purificação. A partir da faixa de pH estudada entre 3,0 e 8,0, determinou-se que o pH 8,0 no início da fase de indução favorece a maior produção. Finalmente, o meio BMMY-CA (pH 8,0) foi utilizado para cultivo em biorreator com volume de trabalho de 10L e a partir deste cultivo foram calculados os parâmetro cinéticos (velocidades de crescimento, de consumo de substrato e de produção, bem como produtividade). Diante do conjunto de experimentos realizados, foi possível otimizar a composição do meio de cultivo e as condições operacionais, que possibilitaram um aumento do rendimento bem como aumento do volume de produção do scFv anti-LDL(-) em biorreator. / Composition and pH culture medium for the production of anti- LDL(-) antibody fragment (scFv) were studied in recombinant yeast Pichia pastoris. The experiments that defined medium composition, pH and the initial cell concentration in the induction phase were carried out in baffled shaker flasks at 250 rpm, with temperature at 30°C for growth phase and 20°C for induction phase, during 72 hours with daily addition of 1% (v/v) methanol. A design of experiments employing for medium modification with independent variables: soy extract, casamino acids and urea, which replaced the YNB and biotin present in the standard medium (BMMY) was conducted for medium formulation. Even though, there was an increase in medium production with soy extract, the medium containing 10 g.L-1 casamino acids was selected since it favors the purification step. Through a pH range study (3.0 to 8.0), it was determined that pH 8.0 during induction phase offered higher levels. Then, the best results from shaker flask cultivation (BMMY-CA with casamino acids and pH 8.0) were carried out in 1L bioreactor, showing a biomass and a scFv production increase compared to the standard, BMMY (pH 6.0). Finally, the medium BMMY-CA (pH 8,0) was submitted to a volume scale-up into a 10L bioreactor, which was also used to evaluate kinetic parameters (rates of growth, substrate consumption and production as well as productivity). In conclusion, by optimizing culture medium and operating conditions it was possible to increase yield and scale-up the production of scFv anti-LDL(-) in bioreactor.

Neste trabalho, foi estudado o potencial biotecnológico, com ênfase na produção de biodiesel, de 25 espécies de macroalgas marinhas pertencentes às divisões Rhodophyta, Chlorophyta e Heterokontophyta coletadas no litoral brasileiro, avaliando-se a sua composição bioquímica e a sua taxa de fotossíntese. Também foram realizados estudos com 6 espécies de macroalgas coletadas na Baía do Almirantado, na Península Antártica, para comparar os resultados apresentados por esses organismos, que habitam um ambiente de condições extremas e adversas. Para a análise bioquímica, foram quantificados os pigmentos (clorofila a, para todos os grupos de macroalgas, e ficobiliproteínas -aloficocianina, ficocianina e ficoeritrina-, para as algas vermelhas), as proteínas e carboidratos solúveis totais e os lipídeos totais e ácidos graxos. As espécies Dictyota menstrualis e Ulva lactuca apresentaram os maiores valores de fotossíntese máxima. Foram observadas diferenças no conteúdo de clorofila a entre as espécies de macroalgas estudadas, sendo que os valores variaram de 0,20 ± 0,01 mg/g massa seca (Gigartina skottsbergii) a 6,82 ± 0,46 mg/g massa seca (Spatoglossum schroederi). Também houve grande variação no conteúdo de lipídeos, carboidratos e proteínas, sendo que os maiores valores foram encontrados em D. menstrualis (98,8 + 4,9 mg/g massa seca de lipídeos), Gracilaria mammillaris, Laurencia dendroidea e Plocamium cartilagineum (742,0 ± 31,9, 675,3 ± 11,0 e 660,2 ± 27,2 mg/g massa seca de carboidratos, respectivamente) e Palmaria decipiens e Aglaothamnion uruguayense (21,7 ± 1,7 e 18,0 ± 0,4 mg/g massa seca de proteínas, respectivamente). Houve grande variação na concentração e no perfil de ácidos graxos das espécies estudadas, sendo que D. menstrualis e S. schroederi foram as espécies que apresentaram os maiores valores. Além disso, D. menstrualis exibiu a maior proporção de ácidos graxos monoinsaturados. A partir dos resultados obtidos com as algas coletadas em campo, concluímos que D. menstrualis foi a espécie que apresentou as melhores características para ser utilizada como fonte para produção de biodiesel, devido a sua alta taxa fotossintetizante, alto teor de lipídeos e ácidos graxos e alto teor de ácidos graxos monoinsaturados. Dessa forma, D. menstrualis foi utilizada na segunda etapa do trabalho, sendo estabelecido o seu cultivo em laboratório, com uma taxa de crescimento (TC) de 11,1 % d-1. Foram realizados experimentos para avaliar os efeitos do aumento da concentração de dióxido de carbono (CO2), em condições de limitação e saturação de nitrogênio (na forma de nitrato, NO3-), sobre a TC, a fotossíntese, a atividade das enzimas nitrato redutase (NR), Anidrase Carbonica (AC) e Rubisco e sobre a composição bioquímica de D. menstrualis cultivada em biorreatores e sobre a captação do CO2 por D. menstrualis cultivada em laboratório. A TC, o conteúdo de proteínas e de N total no tecido de D. menstrualis foram maiores nos tratamentos contendo NO3-, independente da adição de CO2. Entretanto, houve um aumento nos valores de fotossíntese máxima, na atividade da Rubisco e NR, e no teor de carboidratos e lipídeos totais quando D. menstrualis foi cultivada em meio com adição de CO2, com saturação de NO3-. Houve pouca variação na atividade da AC entre os diferentes tratamentos testados. O perfil de ácidos graxos de D. menstrualis cultivada nos biorreatores foi caracterizado por um alto conteúdo de ácidos graxos poliinsaturados, com destaque para os omegas-3. Não houve diferença significativa na taxa de remoção de CO2 entre os tratamentos com e sem adição NO3-. A remoção de CO2 nos meios com e sem adição de CO2 foi alta, variando de 71,5% a 34,8%, respectivamente. Os resultados evidenciam que quando essa espécie foi cultivada em biorreatores, houve um aumento no seu teor de ácidos graxos poliinsaturados e ω-3, o que a torna mais interessante para ser utilizada como nutracêutico do que como matéria-prima para a produção de biodiesel. Apesar disso, a sua aplicação como fonte de biodiesel não deve ser desconsiderada, uma vez que alterações nas condições de cultivo acarretam em modificações no perfil de ácidos graxos. Com base nos resultados obtidos, as perspectivas para a produção de biodiesel a partir de macroalgas marinhas deverão contemplar estudos para encontrar as melhores condições de cultivo para que ocorra o aumento na biossíntese de ácidos graxos monoinsaturados. / The Biotehcnological potential, with biodiesel producing emphasis, on 25 species of marine benthic algae from the phylum Rhodophyta, Chlorophyta and Heterokontophyta collected along the Brazilian coast, were evaluated assessing their biochemical composition and their photosynthetic rate. Studies have also been performed with 6 seaweed species collected in Admiralty Bay, Antarctic Peninsula, to compare the results presented by these organisms inhabiting an environment of extreme and adverse conditions. For biochemical analysis, pigments (chlorophyll a, for all groups of macroalgae, and phycobiliproteins, allophycocyanin, phycocyanin and phycoerythrin, for the red algae), total soluble protein, total soluble carbohydrates and total lipids and fatty acids were quantified. The species Dictyota menstrualis and Ulva lactuca showed the highest values of maximum photosynthesis. There were differences in chlorophyll a content between the seaweeds studied, and the values ranged from 0.20 ± 0.01 mg / g dry mass (Gigartina skottsbergii) to 6.82 ± 0.46 mg / g dry weight (Spatoglossum schroederi). There was also wide variation in the content of lipids, carbohydrates and proteins, and the highest values were found in the species Dictyota menstrualis (98.8 ± 4.9 mg / g dry weight of lipids), Gracilaria mammillaris, Laurencia dendroidea and Plocamium cartilagineum (742, O ± 31.9, 675.3 ± 11.0 and 660.2 ± 27.2 mg / g dry weight of carbohydrates, respectively) and Palmaria decipiens and Aglaothamnion uruguayense (21.7 ± 1.7 and 18.0 ± 0, 4 mg / g dry weight of proteins, respectively). There was a wide variation on fatty acids contents and profile of the species studied; D. menstrualis and Spatoglossum schroederi showed the highest lipids values. In addition, D. menstrualis exhibited the highest proportion of monounsaturated fatty acids. From the results obtained with algae collected in the field, D. menstrualis is the species with the best characteristics to be used as a source for biodiesel production due to their high photosynthetic rate, high content of lipids and fatty acids and a high content of monounsaturated fatty acids. Thus, D. menstrualis was used in the second stage of this study, being established it\'s cultivation in the laboratory, with a growth rate (GR) of 11.1% d-1. Experiments to evaluate the effect of increasing carbon dioxide (CO2) concentration, under nitrogen (NO3-) limiting and saturation conditions, on the GR, photosynthesis, the activity of nitrate reductase (NR), carbonic anhydrase (CA) and Rubisco and on the biochemical composition of D. menstrualis grown in bioreactors and on the CO2 capture by D. menstrualis grown in the laboratory were performed. The GR, protein content and N content in the tissue of D. menstrualis were higher in treatments containing NO3-, regardless of the addition of CO2. However, there was an increase in the values of maximum photosynthesis, of Rubisco and NR activity, and of total soluble carbohydrates and total lipids when D. menstrualis was grown in medium with addition of CO2, with NO3- saturation. There was little variation in the AC activity among different treatments. The fatty acid profile of D. menstrualis cultivated in bioreactors was characterized by a high content of polyunsaturated fatty acids, especially the omegas-3. There was no significant difference in the rate of CO2 removal between treatments with and without NO3-. CO2 removal in medium with and without addition of CO2 was high, ranging from 71.5% to 34.8%, respectively. The results show that when this species was cultivated in bioreactors, there was an increase in its content of polyunsaturated fatty acids and ω-3, which makes it interesting for use as a nutraceutical than as raw material for biodiesel production. Nevertheless, its application as a source of biodiesel can not be disregarded, since changes in culture conditions lead to changes in fatty acid profile. Based on these results, the prospects for the production of biodiesel from marine macroalgae should include studies to find the best growing conditions to occur the increase in the monounsaturated fatty acids biosynthesis.

No presente trabalho foram estudados sistemas pilotos de tratamento integrado de lodos ativados com sistemas de separação por membranas de ultrafiltração visando o reúso de água. O esgoto bruto utilizado foi originado do Conjunto Residencial associado ao esgoto do restaurante universitário da Universidade de São Paulo. Este esgoto possui características físico-químicas e biológicas similares ao esgoto doméstico. O esgoto utilizado nos sistemas de tratamento foi submetido à pré-tratamento: gradeamento e caixa de areia. Foram montados dois sistemas pilotos: I) sistema piloto recebendo esgoto doméstico primário com sistema de tratamento composto por reator biológico de lodos ativados (500 L de volume) e sistema de separação por membranas de ultrafiltração tipo tubular (1,4 m² de área superficial) externa ao tanque de aeração. Este sistema apresentou como resultados principais: taxas médias de produção de permeado de 22,9 ±2,7 L.h-¹.m-² e 17 ±2,7 L.h-¹.m-².bar-¹; valores característicos do permeado em relação à variável turbidez média de 0,3±0,1 UNT, cor aparente média de 31,2±4,6 mg de PtCo.L-¹, sólidos dissolvidos totais de 201±47mg.L-¹ e sólidos suspensos totais não detectável. O sistema de lodos ativados operou em regime de aeração prolongada. II) sistema piloto recebendo esgoto doméstico, após tratamento anaeróbio em reator anaeróbio de fluxo ascendente com manta de lodo (UASB), composto por reator biológico de lodos ativados (1.500 L) e sistema de separação por membrana de ultrafiltração tipo espiral (14,4m² de área superficial) interna ao tanque de aeração. Este sistema apresentou como resultados principais: taxas médias de produção de permeado de 16,1 ± 4,1 L.h-¹.m-²; valores característicos do permeado em relação à variável turbidez média 0,2±0,1 UNT, cor aparente média de 25±5 mgPtCo.L-¹ e sólidos suspensos totais não detectável. Em ambos os sistemas as eficiências de remoção de nitrogênio e fósforo podem ser consideradas pequenas. Desta forma, foram adicionados sulfato de alumínio e cloreto férrico no tanque de aeração do sistema piloto II. As dosagens variaram de 40 a 80 mg.L-¹. Os melhores resultados de eficiência de remoção de fósforo solúvel foram obtidos com o sulfato de alumínio (em torno de 79%) na dosagem de 80 mg.L-¹. / A pilot plant integrating an extended aeration activated sludge unit and an ultrafiltration membrane system was constructed and operated aiming at the production of an effluent to be reused in industrial activities. Raw wastewater was collected from a student residential building and from one of the University of São Paulo\'s restaurants. The wastewater characteristics have shown to be very close to conventional domestic wastewaters. This wastewater was submitted to preliminary treatment by screening and subsequent grit removal. Two pilots systems were studied. The first one, treating the preliminary treated wastewater by the activated sludge unit followed by the ultrafiltration membrane system of the tubular type (1,4 m² of surface area). In this case, the membrane was located external to the aeration tank. This system has shown the following main results: average rates of percolate production of 22,9 ±2,7 L.h-¹.m-².bar-¹ and 17 ±2,7 L.h-¹.m-².bar-¹; average characteristic values of the percolate as: turbidity of 0,3±0,1 UNT, apparent Color of 31,2±4,6 mg of PtCo.L-¹, total dissolved solids of 201±47mg.L-¹ and total suspended solids not detectable. The second pilot unit received the effluent from an Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) reactor and was composed by the extended aeration activated sludge reactor and an ultrafiltration membrane system of the spiral type (14,4m² of surface area), internal to the aeration tank of the activated sludge unit. This system has shown the following main results: average rates of percolate production of 16,1 ± 4.1 L.h-¹.m-²; average characteristic values of the percolate as: turbidity of 0,2±0,1 UNT, apparent color of 25±5 mgPtCo.L-¹ and total suspended solids not detectable. In both systems, the efficiencies of Nitrogen and Phosphorus removal can be considered as small. To improve the efficiencies of soluble phosphorus removal it has been added aluminum sulphate and ferric chloride to the aeration tank of the second pilot unit. The dosages had varied from 40 to 80 mg.L-¹. The best soluble phosphorus removal (about 79%) was achieved with the dosage of 80 mg.L-¹ of aluminum sulphate.