A exploração de resíduos agroindustriais como matérias-primas aplicadas na conversão de lipídeos por leveduras, possibilitam um destino mais sustentável a estes resíduos, visto que matéria-prima lipídica possui grande interesse comercial, tanto para suplementação alimentar como na síntese de biocombustíveis e outros produtos da indústria oleoquímica. Foram avaliadas nove linhagens de leveduras, identificadas anteriormente como boas ou ótimas produtoras de lipídeos em meio mel, para seleção da estirpe mais adequada para a produção de lipídeos em meio de soro de queijo. O crescimento celular foi quantificado pela determinação gravimétrica da biomassa seca a 60ºC por 24 h e a extração dos lipídeos totais foi determinada utilizando o método de Bligh e Dyer. A maior produção de lipídeos totais foi de 1,27 g L-1 obtida pela linhagem de Cryptococcus laurentii, apresentando diferença significativa em relação às demais linhagens avaliadas, pelo teste de Tukey a 5% de significância. Posteriormente foi realizada a comparação de dois meios de cultivos e dois métodos de extração de lipídeos de cultura de C. laurentii. Os experimentos foram realizados com planejamento fatorial completo 22, com dois fatores e dois níveis. Os lipídeos foram extraídos em dois diferentes métodos: Bligh e Dyer e Folch et al.; as leveduras cultivadas em dois meios de cultivo: soro de queijo e YEPG líquido. Obteve-se conteúdo lipídico final superior em soro de queijo nas condições avaliadas, já o método de extração de Bligh e Dyer não apresentou diferenças estatísticas em comparação ao de Folch et al., contudo apresentou maiores médias, sendo adotado como método de extração dos experimentos seguintes. Realizou-se um estudo para otimização da produção de biomassa e lipídeos totais de C. laurentii, em meio de cultivo de soro de queijo suplementado com melaço de cana de açúcar. A primeira etapa consistiu no estudo do efeito do pH, tempo de fermentação e concentração de melaço. A segunda etapa consistiu no efeito da suplementação por extrato de levedura e sais inorgânicos (KH2PO4, Na2HPO4, MgSO47H2O, CaCl22H2O, FeCl36H2O e ZnSO4H2O). A condição ótima de cultivo para linhagem de C. laurentii em meio de soro de queijo foi definida com os seguintes fatores: 360 h de fermentação, pH do meio de cultivo de 6,5 e suplementação (g L-1): 50 melaço, 0,5 extrato de levedura, 4 K2PO4, 1 Na2PO4, 0,75 MgSO47H2O e 0,002 ZnSO4H2O. Os lipídeos totais produzidos na condição de cultivo alcançaram 2,96 g L-1, que representa um aumento de 133,1% na produção de lipídeos totais por C. laurentii em relação ao meio com soro de queijo sem suplementação. Ocorrendo predomínio de lipídeos neutros 85,76%, com alto teor de ácidos graxos saturados e monosaturados, de cadeia longa com 16 e 18 átomos de carbono, o que possibilita sua aplicabilidade como fonte de triglicerídeos para biodiesel. / The exploitation of agro-industrial wastes as raw materials applied in the conversion of lipids by yeasts, allows a more sustainable destination of such waste, since lipid feedstock has great commercial interest, both for food supplementation as in the synthesis of biofuels and other products for oleochemical industry. We have evaluated nine strains of yeast, previously identified as good or excellent producers of lipids in honey medium, for selecting the most suitable strain for the production of lipids in cheese whey medium. Cell growth was quantified by gravimetric determination of dry biomass at 60°C for 24 h and the extraction of total lipids was determined using the method of Bligh and Dyer. The highest yield of total lipids was 1.27 g L-1 produced by the strain of Cryptococcus laurentii, significant difference compared to other strains assessed by Tukey test at 5% significance level. Posteriorly was carried out a comparison of two culture media and two lipid extraction methods for culture of C. laurentii. The experiments were performed with 22 full factorial design used two factors and two levels. Lipids were extracted by two different methods: Bligh and Dyer and Folch et al.; Yeasts grown in two culture media: cheese whey and liquid YEPG. Was achieved lipid content upper in cheese whey under the conditions evaluated, since the extraction method of Bligh and Dyer showed no statistical differences compared to that of Folch et al., but had higher average, used as a method of extraction in following experiments. Was conducted a study to optimize the production of biomass and lipid content of C. laurentii, in culture medium of whey supplemented with sugar cane molasses. The first step was to study the effect of pH, fermentation time and molasses concentration. The second step was the effect of supplementation by yeast extract and inorganic salts (KH2PO4, Na2HPO4, MgSO47H2O, CaCl22H2O, FeCl36H2O, and ZnSO4H2O). The optimum condition for growing strain of C. laurentii in the cheese whey medium was set to the following factors: 360 h fermentation, 6,5 pH and supplementation of (g L-1): 50 molasses, 0.5, yeast extract, 4 K2PO4,1 Na2PO4, 0.75 MgSO47H2O and 0.002 ZnSO4H2O. The total lipid produced in the culture condition reached 2.96 g L-1, which represents an increase of 133.1% total lipid in the production of C. laurentii in relation to the cheese whey medium without supplementation. Predominantly occurred neutral lipids 85.76%, with high content of saturated and monosaturated fatty acids, long chain with 16 and 18 carbon atoms, which makes its applicability as a source of triglycerides for biodiesel

In this study, production of organic acids from cheese-whey was studied. Optimization of organic acids production was performed in semi-batch and batch reactors. Two sets of experiments were performed. First set of experiments were performed in semi-batch reactors for the optimization of organic loading rate (OLR) and hydraulic retention time (HRT). As a result of Set 1 experiments optimum OLR was found to be 15 g COD l-1. Second set of experiments were performed in batch reactors by using the optimum OLR found in Set 1 experiments. Set 2 experiments were conducted to study the effect of using different seed cultures and Basal Media (BM) on Volatile fatty avid (VFA) production. Main acidogenesis products were acetic acid (Hac), butyric acid (Buty) and propionic acid (HPr) with smaller quantities of i-butyric acid (i-Buty), valeric acid (Val) and caproic acid (Cap). It was seen that BM had a suppressive effect on ethanol (EtOH) production while it stimulated the VFA production. Higher VFA productions and variety of VFA types were observed in Test Reactors seeded with acidogenic culture (R3 and R6).

Στα πλαίσια της παρούσας μελέτης ερευνήθηκε η βιοτεχνολογική επεξεργασία αποβλήτων τυροκομείου με σκοπό την ενεργειακή αξιοποίηση τους. Ειδικότερα, μελετήθηκε η διεργασία παραγωγής υδρογόνου και μεθανίου από τον ορρό τυρογάλακτος, μέσω αναερόβιας επεξεργασίας, σε μια διεργασία δυο σταδίων, υπό μεσόφιλες συνθήκες. Στο πρώτο στάδιο μελετήθηκε η παραγωγή υδρογόνου του ορρού τυρογάλακτος μέσω της ζύμωσης των διαλυτών σακχάρων του. Πραγματοποιήθηκαν πειράματα σε αντιδραστήρα συνεχούς ανάδευσης, ο οποίος λειτούργησε σε υδραυλικούς χρόνους παραμονής 24, 18, και 12 h, είτε με προσθήκη αλκαλικότητας (ΝαHCO3 σε HRT=24h), είτε με χρήση αυτόματου ρυθμιστή του pH (KOH, 2Μ σε HRTs=24, 18 και 12h). Η στοιχειομετρική απόδοση σε υδρογόνο παρουσίασε μέγιστη τιμή με προσθήκη αλκαλικότητας σε υδραυλικό χρόνο παραμονής 24 h και ήταν ίση με 0.48 ± 0.03 mol H2 / mol καταναλισκόμενης γλυκόζης ή 2.4 L H2/ L τυρόγαλου/d και αποδόθηκε στην υψηλή παραγωγή βουτυρικού οξέος σε αυτές τις συνθήκες. Παράλληλα, πραγματοποιήθηκαν πειράματα σε αντιδραστήρα διαλείποντος έργου με χρήση καθαρής καλλιέργειας του μικροοργανισμού Ruminococcus albus. Από τα πειράματα προέκυψε ότι οι αποδόσεις ήταν αρκετά μικρότερες σε σχέση με τις παρατηρούμενες από άλλα υποστρώματα, γεγονός που αποδόθηκε στην αυξημένη παραγωγή αιθανόλης εις βάρος της παραγωγής υδρογόνου, αλλά και επειδή η κινητική μεταβολισμού των υδατανθράκων ήταν χαμηλή. Την μεγαλύτερη στοιχειομετρική απόδοση παρουσίασε η λακτόζη ως υπόστρωμα και η τιμή της ήταν 2.34 ± 0.02 mol H2/mol καταναλισκόμενων υδατανθράκων. Επίσης, μελετήθηκε η στοιχειομετρία των χημικών αντιδράσεων της ζύμωσης του ορρού τυρογάλακτος και υπολογίστηκε η απόδοση της διεργασίας για την παραγωγή κυττάρων και τελικών προϊόντων. Στο δεύτερο στάδιο μελετήθηκε η περαιτέρω μετατροπή του οργανικού φορτίου σε μεθάνιο με ταυτόχρονη μείωση του οργανικού φορτίου του αποβλήτου.Έγιναν πειράματα σε αντιδραστήρες διαλείποντος έργου για τον υπολογισμό του βιοχημικά μεθανογόνου δυναμικού του ορρού τυρογάλακτος και της απορροής του ζυμωτικού αναερόβιου αντιδραστήρα. Την μεγαλύτερη παραγωγικότητα σε μεθάνιο ανάμεσα στα δυο είχε το τυρόγαλο και συνολικά παρήχθησαν 18 L CH4/ L υποστρώματος που καταναλώθηκε. Επιπλέον, μελετήθηκε η αναερόβια χώνευση της απορροής του ζυμωτικού αντιδραστήρα σε μεθανογόνο χωνευτήρα συνεχούς ανάδευσης σε υδραυλικούς χρόνους παραμονής 20 και 30 d, συμπεραίνοντας ότι η μεγαλύτερη παραγωγικότητα σε μεθάνιο παρατηρήθηκε σε HRT = 30 d, ήταν ίση με 14.55 L CH4 / L τροφοδοσίας και η απομάκρυνση του COD ήταν μεγαλύτερη από 90% στις μόνιμες καταστάσεις, ενώ χρησιμοποιήθηκε το μαθηματικό μοντέλο ADM1 για την πρόβλεψη της συμπεριφοράς του μεθανογόνου αντιδραστήρα στους χρόνους παραμονής όπου λειτούργησε. / In the present study, the biotechnological exploitation of wastewaters from a cheese manufacturing process was researched. In particularly, the process of hydrogen and methane production from cheese whey in a two-stage continuous process under mesophilic conditions was studied. In the first stage, the fermentative hydrogen production from undiluted cheese whey was investigated at hydraulic retention times (HRT) of 24, 18 and 12 h in a continuous stirred tank reactor. Alkalinity addition (NaHCO3 in HRT=24h) or an automatic pH controller (KOH, 2Μ in HRTs=24, 18 and 12h) were used. The highest hydrogen production rate was 2.4 L/L reactor/d, while the yield of hydrogen produced was approximately 0.48 ± 0.03 mol H2/mol glucose consumed, with alkalinity addition and they were attributed to increased butyric acid production. Also, experiments with the use of batch reactor were done to investigate the efficiency of hydrogen production using pure cultures of the bacterium Ruminococcus albus. The results showed that the hydrogen yield was low compared to other substrates, and this was attributed to an increased production of ethanol compared to hydrogen and to a lower carbohydrate metabolic rate. The maximum yield of hydrogen production for lactose was 2.34 ± 0.02 mol H2/mol carbohydrates consumed. Also, the stoichiometry of the chemical reactions for the fermentation was studied and the process yield for cell production and energy were calculated. In the second stage, the conversion of the organic load to methane gas was studied. Batch reactors were used in order to study the biochemical methane potential of cheese whey and the effluent of the hydrogenogenic reactor. The highest methane production was observed for the whey and it was in total 18 L CH4/ L substrate consumed. Moreover, the anaerobic digestion of the effluent from the fermenting reactor was conducted in a conventional CSTR reactor and for HRTs of 20 and 30 d. The highest methane production was observed for the latter HRT. It equaled 14.55 L CH4 / L feed and the COD removal was more than 90% at steady state. The process of the anaerobic digestion was analyzed and simulated with the use of the anaerobic digestion model No 1 (ADM1).

O soro de queijo, um subproduto industrial altamente poluidor, constitui-se em um substrato rico em nutrientes e de grande potencial de aproveitamento em bioprocessos. A utilização de substratos alternativos e de baixo custo para a produção de etanol, tais como resíduos industriais, vem sendo recentemente estudada, com resultados promissores. Diante deste contexto, o presente trabalho teve como objetivo otimizar a bioconversão do soro de queijo em etanol em biorreatores imobilizados usando Kluyveromyces marxianus como biocatalisador e avaliar as limitações de transferência de massa em esferas de alginato de cálcio mediante o cálculo do coeficiente de difusão. Valores similares do fator de conversão da lactose em etanol, YEtOH/S, (0,44±0,01 g g -1) foram encontrados ao testar a produção do etanol por três linhagens de K. marxianus (CBS 6556, CCT 4086 e CCT 2653) em biorreator de leito fluidizado em regime batelada, e uma diminuição na eficiência de conversão (83,3- 66,1%) e na produtividade volumétrica (0,96 a 0,78 g L-1h-1) foi observada ao aumentar a temperatura de fermentação (30-40ºC) utilizando K. marxianus CBS 6556 imobilizada. Em seguida, foram testados biorreatores de leito fixo e fluidizado operados continuamente por diferentes taxas de diluição (0,1-0,3 h-1). Os valores indicaram que o aumento da taxa de diluição leva a um decréscimo da utilização de lactose e da produção de etanol e um aumento da produtividade volumétrica (QP). Valores semelhantes do fator de conversão de lactose em etanol (YEtOH/S) foram encontrados para todas as taxas de diluição testadas, em ambos sistemas de biorreator (fixo e fluidizado). A maior produtividade volumétrica foi obtida para a taxa de diluição de 0,3 h-1 em biorreator de leito fluidizado, alcançando 87% da conversão teórica, e a maior concentração de etanol (27,9 g L-1) foi obtida com a taxa de diluição de 0,1 h-1. As imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) na superfície das esferas mostraram que a imobilização em alginato de cálcio foi eficaz. O estudo da transferência de massa da lactose e do etanol em esferas de cálcio foi realizado através da medição do coeficiente de difusão com base na abordagem matemática da Segunda Lei de Fick. Diferentes condições experimentais foram testadas. Os resultados obtidos mostraram que o coeficiente de difusão independe da concentração da solução de lactose (25, 50 e 75 g L-1) e de etanol (25 e 50 g L- 1), bem como da concentração de alginato (3, 4 e 6%), e que é afetado pela temperatura (25, 30 e 35 ºC), aumentando de 4,67×10-10 m2 s-1 a 6,96×10-10 m2 s-1 para a lactose, e de 1,46×10-10 m2 s-1 a 2,68×10-10 m2 s-1 para o etanol. / Cheese whey, an industrial by-product with highly pollutant characteristics, is a substrate for cell growth, rich in nutrients and with great potential for use in bioprocesses. The utilization of alternative and low cost substrates for the production of ethanol, such as industrial waste, has been recently studied with promising results. In this context, the aim of this work was to optimize the bioconversion of cheese whey into ethanol in bioreactors using immobilized Kluyveromyces marxianus as biocatalyst and evaluate the mass transfer limitations in Ca-alginate beads by measuring the diffusion coefficient. Similar ethanol yields (0.44±0.01 g EtOH g sugar-1) were found when testing the ethanol production by three strains of K. marxianus (CBS 6556, CCT 4086 and CCT 2653) in batch fluidized bed bioreactor, a decrease in conversion efficiency (83.3 to 66.1%) and ethanol productivity (0.96 to 0.78 g L- 1.h-1) was observed with the increase of fermentation temperature (30-40ºC) by immobilized K. marxianus CBS 6556. Continuous fluidized and packed bed bioreactors with different dilution rates (0.1 to 0.3 h-1) were performed. Values indicated that the increase of dilution rate led to a decrease in lactose utilization and ethanol production and an increase in ethanol productivity (QP). Similar ethanol yields (YEtOH/S) were obtained for all dilution rates tested, in both bioreactor systems. The highest ethanol productivity (3.5 g L-1h-1) was obtained at dilution rate of 0.3 h-1 in the fluidized bed bioreactor, with 87% of the theoretical conversion. The highest ethanol concentration (27.9 g L-1) was obtained at dilution rate of 0.1 h-1. The SEM micrographies of beads demonstrated that the cell immobilization in the Ca-alginate was effective. Lactose and ethanol mass transfer studies in Ca-alginate beads was performed by measuring the diffusion coefficient based on the mathematical approach of the Fick’s second Law. Different experimental conditions were tested. Results showed that diffusion coefficients were independent from the concentration of lactose (25, 50 and 75 g L-1) and ethanol (25 and 50 g L-1), as well as from the concentration of Ca-alginate (3, 4 and 6%), but were affected by temperature, increasing from 4.67×10-10 m2 s-1 to 6.96×10-10 m2 s-1 for lactose, and from 1.46×10-10 m2 s-1 to 2.68×10-10 m2 s-1 for ethanol.

Leveduras oleaginosas possuem a capacidade de sintetizar grande quantidade de lipídeos em suas células, gerando produtos de alto valor agregado através de um processo sustentável. Um perfil de ácidos graxos poli-insaturados é de grande interesse por parte das industrias alimentícia e farmacêutica e têm sido alvo de diversos estudos em relação à sua produção e efeitos benéficos à saúde. O presente trabalho teve como objetivo produzir ácidos graxos poli-insaturados pela levedura Meyerozyma guilliermondii BI281 utilizando glicose, glicerol residual e permeado de soro de queijo como fontes de carbono. Avaliou-se o metabolismo da levedura em meios de cultivo com diferentes composições (“meio A” e “base YM”) e comparou-se o seu desempenho em razões C/N 100: 1 e 50:1. A levedura foi capaz de metabolizar todos os substratos testados e o meio de cultivo “A” com glicerol residual e razão C/N 50:1 mostrou-se o mais adequado, obtendo valores de 5,67 g.L-1 de biomassa e 1,04 g.L-1 de lipídeos, representando aproximadamente 18 % do peso da massa seca de biomassa. Esta condição foi escalonada para biorreator de 2 L, onde condições de aeração e controle de pH puderam ser avaliadas, apresentando quantidade semelhante de lipídeos (1,08 g.L-1) e uma maior produção de biomassa (7,05 g.L-1). Os ácidos graxos sintetizados apresentaram em sua composição ácido láurico (C12:0), ácido mistírico (C14:0), ácido palmítico (C16:0), ácido pamitoleico (C16:1), ácido esteárico (C18:0), ácido oleico (C18:1 n-9), ácido linoleico (C18:2 n-6) e ácido linolênico (C18:3 n-3). / Oleaginous yeasts are able to synthesize high amounts of lipids in their cells, producing high added-value products through a sustainable process. Food and pharmaceutical companies have great interest in polyunsaturated fatty acids depending on their profiles and many studies related to their production and health benefits have been carried out. The aim of this study was to produce polyunsaturated fatty acids by the yeast Meyerozyma guilliermondii BI281A using glucose, crude glycerol, and cheese whey permeate as carbon sources. Yeast metabolism was evaluated in different compositions of culture media (“A” and “YM”) and at different C/N ratios (100:1 and 50:1). The yeast was able to assimilate all substrates tested, and medium “A” with crude glycerol as carbon source at a C/N ratio of 50:1 had the most efficient result with biomass production of 5.67 g.L-1 and lipid production of 1.08 g.L-1, which represented 18 % of dry cell weight. This composition was scaled-up to a 2 L bioreactor, where it was possible to measure pH and aeration conditions, and showed similar lipid production (1.08 g.L-1) and higher biomass production (7.05 g.L-1). Fatty acids profile obtained was composed by lauric acid (C12:0), myristic acid (C14:0), palmitic acid (C16:0), palmitoleic acid (C16:1), stearic acid (C18:0), oleic acid(C18:1), linoleic acid (C18:2 n-6), and linolenic acid (C18:3 n-3).

O soro de queijo, um subproduto industrial altamente poluidor, constitui-se em um substrato rico em nutrientes e de grande potencial de aproveitamento em bioprocessos. A utilização de substratos alternativos e de baixo custo para a produção de etanol, tais como resíduos industriais, vem sendo recentemente estudada, com resultados promissores. Diante deste contexto, o presente trabalho teve como objetivo otimizar a bioconversão do soro de queijo em etanol em biorreatores imobilizados usando Kluyveromyces marxianus como biocatalisador e avaliar as limitações de transferência de massa em esferas de alginato de cálcio mediante o cálculo do coeficiente de difusão. Valores similares do fator de conversão da lactose em etanol, YEtOH/S, (0,44±0,01 g g -1) foram encontrados ao testar a produção do etanol por três linhagens de K. marxianus (CBS 6556, CCT 4086 e CCT 2653) em biorreator de leito fluidizado em regime batelada, e uma diminuição na eficiência de conversão (83,3- 66,1%) e na produtividade volumétrica (0,96 a 0,78 g L-1h-1) foi observada ao aumentar a temperatura de fermentação (30-40ºC) utilizando K. marxianus CBS 6556 imobilizada. Em seguida, foram testados biorreatores de leito fixo e fluidizado operados continuamente por diferentes taxas de diluição (0,1-0,3 h-1). Os valores indicaram que o aumento da taxa de diluição leva a um decréscimo da utilização de lactose e da produção de etanol e um aumento da produtividade volumétrica (QP). Valores semelhantes do fator de conversão de lactose em etanol (YEtOH/S) foram encontrados para todas as taxas de diluição testadas, em ambos sistemas de biorreator (fixo e fluidizado). A maior produtividade volumétrica foi obtida para a taxa de diluição de 0,3 h-1 em biorreator de leito fluidizado, alcançando 87% da conversão teórica, e a maior concentração de etanol (27,9 g L-1) foi obtida com a taxa de diluição de 0,1 h-1. As imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) na superfície das esferas mostraram que a imobilização em alginato de cálcio foi eficaz. O estudo da transferência de massa da lactose e do etanol em esferas de cálcio foi realizado através da medição do coeficiente de difusão com base na abordagem matemática da Segunda Lei de Fick. Diferentes condições experimentais foram testadas. Os resultados obtidos mostraram que o coeficiente de difusão independe da concentração da solução de lactose (25, 50 e 75 g L-1) e de etanol (25 e 50 g L- 1), bem como da concentração de alginato (3, 4 e 6%), e que é afetado pela temperatura (25, 30 e 35 ºC), aumentando de 4,67×10-10 m2 s-1 a 6,96×10-10 m2 s-1 para a lactose, e de 1,46×10-10 m2 s-1 a 2,68×10-10 m2 s-1 para o etanol. / Cheese whey, an industrial by-product with highly pollutant characteristics, is a substrate for cell growth, rich in nutrients and with great potential for use in bioprocesses. The utilization of alternative and low cost substrates for the production of ethanol, such as industrial waste, has been recently studied with promising results. In this context, the aim of this work was to optimize the bioconversion of cheese whey into ethanol in bioreactors using immobilized Kluyveromyces marxianus as biocatalyst and evaluate the mass transfer limitations in Ca-alginate beads by measuring the diffusion coefficient. Similar ethanol yields (0.44±0.01 g EtOH g sugar-1) were found when testing the ethanol production by three strains of K. marxianus (CBS 6556, CCT 4086 and CCT 2653) in batch fluidized bed bioreactor, a decrease in conversion efficiency (83.3 to 66.1%) and ethanol productivity (0.96 to 0.78 g L- 1.h-1) was observed with the increase of fermentation temperature (30-40ºC) by immobilized K. marxianus CBS 6556. Continuous fluidized and packed bed bioreactors with different dilution rates (0.1 to 0.3 h-1) were performed. Values indicated that the increase of dilution rate led to a decrease in lactose utilization and ethanol production and an increase in ethanol productivity (QP). Similar ethanol yields (YEtOH/S) were obtained for all dilution rates tested, in both bioreactor systems. The highest ethanol productivity (3.5 g L-1h-1) was obtained at dilution rate of 0.3 h-1 in the fluidized bed bioreactor, with 87% of the theoretical conversion. The highest ethanol concentration (27.9 g L-1) was obtained at dilution rate of 0.1 h-1. The SEM micrographies of beads demonstrated that the cell immobilization in the Ca-alginate was effective. Lactose and ethanol mass transfer studies in Ca-alginate beads was performed by measuring the diffusion coefficient based on the mathematical approach of the Fick’s second Law. Different experimental conditions were tested. Results showed that diffusion coefficients were independent from the concentration of lactose (25, 50 and 75 g L-1) and ethanol (25 and 50 g L-1), as well as from the concentration of Ca-alginate (3, 4 and 6%), but were affected by temperature, increasing from 4.67×10-10 m2 s-1 to 6.96×10-10 m2 s-1 for lactose, and from 1.46×10-10 m2 s-1 to 2.68×10-10 m2 s-1 for ethanol.

Submitted by Rosana Amâncio (rosana.amancio@ufcg.edu.br) on 2018-07-25T20:49:24Z No. of bitstreams: 1 ELISANGELA BATISTA DA SILVA- DISSERTAÇÃO PPGCNBio 2015.pdf: 1682556 bytes, checksum: 441c1648554dce2563984e2135e7eae7 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-25T20:49:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ELISANGELA BATISTA DA SILVA- DISSERTAÇÃO PPGCNBio 2015.pdf: 1682556 bytes, checksum: 441c1648554dce2563984e2135e7eae7 (MD5) Previous issue date: 2015-07-28 / CNPq / Enzimas são proteínas biocatalisadoras, aumentam a velocidade de reação sem alterar o equilíbrio. Apresentam alta eficiência durante as reações bioquímicas no metabolismo dos seres vivos. O soro de queijo pode apresentar-se aplicado na dieta de alguns animais; como também serem descartado nos efluentes. O extrato seco do soro de leite corresponde à lactose, proteínas, sais minerais e gordura, dos quais a lactose é o material energético utilizado em processos biotecnológicos (indústria farmacêutica e alimentícia) e as proteínas destacam-se devido ao valor nutricional. A hidrólise é um método promissor para a indústria de alimentos, pois possibilita o desenvolvimento de novos produtos hidrolisados, aumentando assim a disponibilidade de nutrientes aos produtos lácteos e a nível mundial e atenuação por intolerantes a lactose. A imobilização de enzimas é uma técnica cada vez mais utilizada a fim de melhorar a aplicação industrial de enzimas permitindo um melhor controle da produção e redução de custos. Objetivou-se estudar coimobilização de lactase e neutrase em suporte de quitosana comparando metodologias visando à hidrólise da lactose e proteínas do soro de queijo, além de promover o reaproveitamento de produtos regionais mais baratos como suportes a base de quitosana e alginato de sódio. Inicialmente prepararam-se os suportes a serem aplicados no estudo com quitosana 4% (m/v) e alginato de sódio 2,5% (m/v) ativados com glutaraldeído 5% (v/v). Na primeira etapa, determinaram-se o rendimento e atividade de imobilização e coimobilização, atividade recuperada e atividade aparente dos melhores derivados obtidos. Para a segunda fase, os catalisadores imobilizados e coimobilizados foram estudados quanto à estabilidade térmica e operacional, tempo de meia vida, grau de hidrólise e concentração de glicose. Os resultados para os derivados formados a partir da quitosana foram satisfatórios obtendo um rendimento de coimobilização para a neutrase (76,53%) e para a lactase (91,30%). Suportes de alginato de sódio não apresentaram boa adequação para imobilização e coimobilização obtendo-se rendimentos nulos. Houve um aumento na estabilidade térmica e tempo de meia vida nos derivados de quitosana. Na comparação do grau de hidrólise entre a neutrase livre, imobilizada e coimobilizada obteve-se um melhor desempenho da enzima imobilizada (20%) em 80 minutos de reação. Quando se comparou a conversão de glicose com lactase livre, imobilizada e coimobilizada a melhor resultado foi a lactase livre (15g/L) em 30 minutos de reação. A estabilidade operacional da neutrase em cinco ciclos consecutivos ocorreu uma queda de (46%) no grau máximo de hidrólise, já a lactase em seu quinto ciclo de reutilização em bateladas foi obtido perda de (16,4%) na concentração de glicose. Dessa forma, obtiveram-se bons derivados de lactase e neutrase coimobilizada possibilitando a reutilização da enzima, reduzindo custos de processo. / Enzymes are proteins biocatalisadoras, increase reaction speed without changing the balance. They feature high efficiency during the biochemical reactions in the metabolism of living beings. The cheese whey may be present in the applied diet some animals; but also be disposed in the effluent. The dry extract of whey corresponds lactose, proteins, minerals and fat, of which lactose is the energetic material used in biotechnological processes (pharmaceutical and food industry) and proteins stand out due to their nutritional value. Hydrolysis is a promising method for the food industry, it allows the development of new hydrolysed products, thereby increasing the availability of nutrients for milk products and worldwide and mitigation for the lactose intolerant. The immobilizing enzymes is an increasingly used technique to improve the industrial application of enzymes allowing better control of production and cost reduction. The objective was to study coimobilização lactase and neutrase in chitosan support methodologies aimed at comparing hydrolysis of lactose and whey proteins, and promote the reuse of cheaper local products as supports the basis of chitosan and sodium alginate. Initially prepared brackets to be applied to the study of 4% chitosan (w/v) and sodium alginate (2.5% w/v) activated with glutaraldehyde (5% v/v). In the first stage, they were determined income and immobilization activity and coimobilizada, recovered activity and apparent activity of the best obtained derivatives. For the second phase, the immobilized catalysts and coimobilizada were studied for thermal and operational stability, half-life, degree of hydrolysis and the glucose concentration. The results for the derivatives formed from chitosan were obtained satisfactory yield coimobilizada for neutrase (76.53%) and lactase (91.30%). Sodium alginate holders did not show good fit for immobilization and coimobilizada obtaining zero income. There was an increase in the thermal stability and half-life in the chitosan derivatives. Comparing the degree of hydrolysis between free Neutrase, and immobilized coimobilizada obtained a better performance of the immobilized enzyme (20%) at 80 minutes of reaction. When comparing the conversion of glucose to free lactase, immobilized and coimobilizada the best result was the free lactase (15g/L) in 30 minutes of reaction. The operational stability of Neutrase in five consecutive cycles there was a fall (46%) maximum degree of hydrolysis, longer lactase in its fifth reuse cycle in batches loss was obtained (16.4%) in glucose concentration. Thus, there were obtained good derivatives lactase and coimobilizada neutrase enabling reuse of the enzyme, reducing processing costs.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:51:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 822133 bytes, checksum: e079e0bf0b7042a8b0741f41174d4120 (MD5) Previous issue date: 2006-05-10 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The physiological and technological parameters important to the development of Direct Vat Set culture of Lactobacillus delbrueckii UFV H2b20 cultivated in Minas Frescal cheese whey were studied. Greater fermentative activity on cheese whey was observed at 40ºC and therefore all bacterial growth experiments were performed at this temperature. Heat shock, 50ºC for 30 minutes, or acid stress, cheese whey with pH 3.5 for 30 minutes, did not affect growth of L. delbrueckii UFV H2b20 on cheese whey. The survival of heat or acid pre-treated cells was assessed after dehydration by lyophilization and spray-drying. Cell survival to either dehydration processes was not affected by acid pre-treatment, whereas heat shock had a deleterious effect on survival. The addition of protective substances (6% mannitol, 1,25% sorbitol, 1,25% monosodium glutamate and mixture of 6% sucrose and 4% trehalose) to cheese whey in which the cells were submitted to lyophilization did not improve cell survival to dehydratation and storage at -80ºC for two months. Cell survival was greater when lyophilization was performed on cheese whey alone. Acid pre-treated cells on cheese whey, pH 3.5 adjusted with HCl, without any further addition, retained higher viable counts after lyophilization and subsequent -80ºC storage. Cell activity recovery in 10% reconstituted skimmed milk was not affected by either heat shock or acid pre-treatment when cells were lyophilized in cheese whey with no additional substances. Spray-dried cultures submitted to acid stress demonstrate recovery comparable to active cells which were not subjected to any condition that could result in cell injury. Those cultures exhibit a high activity even after two months storage at - 20ºC. The hereby presented results demonstrate that the probiotic culture produced in stabilized Minas Frescal cheese whey, pre-treated at pH 3.5, and spray-dried have desirable viability and activity characteristics, and its use can be recommended for the elaboration of milk fermented products containing L. delbrueckii UFV H2b20 cells. / Os parâmetros fisiológicos e tecnológicos de importância para o desenvolvimento de sistema DVS para Lactobacillus delbrueckii UFVH2b20 em soro de queijo Minas Frescal estabilizado foram estudados. A maior atividade fermentativa das células do L. delbrueckii UFV H2b20 em soro de queijo ocorreu a 40ºC. Por essa razão, essa temperatura de incubação foi adotada para a condução dos experimentos. Foi observado que a aplicação de choque térmico, 50ºC por 30 minutos, ou choque ácido, pH 3,5 por 30 minutos, a 40ºC, às células de L. delbrueckii UFV H2b20 não afetaram seu crescimento. Foi avaliado ainda se a aplicação de tais pré-tratamentos afetava a sobrevivência aos processos de desidratação das células por liofilização e spray-drying. Foi observado que o choque ácido não afetou a sobrevivência de L. delbrueckii UFV H2b20 aos dois processos de desidratação avaliados. Por outro lado, o choque térmico teve efeito deletério sobre a sobrevivência das células submetidas aos mesmos processos de desidratação. Para as culturas liofilizadas, foi avaliado se a adição de diferentes soluções protetoras (manitol 6%, sorbitol 1,25%, glutamato monossódico 1,25% e mistura das soluções de sacarose 6% e trealose 4%) exercia efeito sobre a sobrevivência de L. delbrueckii UFV H2b20 à liofilização, bem como durante o período de estocagem das células desidratadas a -80ºC por 2 meses. A sobrevivência das células ao processo de liofilização foi maior quando não se adicionaram substâncias crioprotetoras ao soro de queijo. Maior viabilidade durante o armazenamento a -80ºC foi observada quando as células foram pré-tratadas em soro de queijo pH 3,5, ajustado com HCl e sem a adição de outras substâncias antes da liofilização. Observou-se que os choques térmico ou ácido não afetaram a recuperação imediata em leite desnatado reconstituído a 10% das culturas liofilizadas que não sofreram adição de substâncias protetoras. Nas culturas desidratadas por spray-drying, observou-se que as células de L. delbrueckii UFV H2b20, previamente submetidas ao choque ácido, lograram crescimento comparável ao obtido pelas células ativas que não foram submetidas a qualquer condição que possa causar injúria. Essas culturas permaneceram com elevado número de células, mesmo após 2 meses de estocagem a -20°C. Os resultados obtidos levam à conclusão de que a cultura starter probiótica produzida em soro de queijo Minas Frescal estabilizado, desidratada por spray-drying e previamente submetida ao choque ácido, demonstrou características de viabilidade e atividade mais promissoras, e seu uso pode ser recomendado para a elaboração de produtos lácteos fermentados contendo células do L. delbrueckii UFV H2b20.

Leveduras oleaginosas possuem a capacidade de sintetizar grande quantidade de lipídeos em suas células, gerando produtos de alto valor agregado através de um processo sustentável. Um perfil de ácidos graxos poli-insaturados é de grande interesse por parte das industrias alimentícia e farmacêutica e têm sido alvo de diversos estudos em relação à sua produção e efeitos benéficos à saúde. O presente trabalho teve como objetivo produzir ácidos graxos poli-insaturados pela levedura Meyerozyma guilliermondii BI281 utilizando glicose, glicerol residual e permeado de soro de queijo como fontes de carbono. Avaliou-se o metabolismo da levedura em meios de cultivo com diferentes composições (“meio A” e “base YM”) e comparou-se o seu desempenho em razões C/N 100: 1 e 50:1. A levedura foi capaz de metabolizar todos os substratos testados e o meio de cultivo “A” com glicerol residual e razão C/N 50:1 mostrou-se o mais adequado, obtendo valores de 5,67 g.L-1 de biomassa e 1,04 g.L-1 de lipídeos, representando aproximadamente 18 % do peso da massa seca de biomassa. Esta condição foi escalonada para biorreator de 2 L, onde condições de aeração e controle de pH puderam ser avaliadas, apresentando quantidade semelhante de lipídeos (1,08 g.L-1) e uma maior produção de biomassa (7,05 g.L-1). Os ácidos graxos sintetizados apresentaram em sua composição ácido láurico (C12:0), ácido mistírico (C14:0), ácido palmítico (C16:0), ácido pamitoleico (C16:1), ácido esteárico (C18:0), ácido oleico (C18:1 n-9), ácido linoleico (C18:2 n-6) e ácido linolênico (C18:3 n-3). / Oleaginous yeasts are able to synthesize high amounts of lipids in their cells, producing high added-value products through a sustainable process. Food and pharmaceutical companies have great interest in polyunsaturated fatty acids depending on their profiles and many studies related to their production and health benefits have been carried out. The aim of this study was to produce polyunsaturated fatty acids by the yeast Meyerozyma guilliermondii BI281A using glucose, crude glycerol, and cheese whey permeate as carbon sources. Yeast metabolism was evaluated in different compositions of culture media (“A” and “YM”) and at different C/N ratios (100:1 and 50:1). The yeast was able to assimilate all substrates tested, and medium “A” with crude glycerol as carbon source at a C/N ratio of 50:1 had the most efficient result with biomass production of 5.67 g.L-1 and lipid production of 1.08 g.L-1, which represented 18 % of dry cell weight. This composition was scaled-up to a 2 L bioreactor, where it was possible to measure pH and aeration conditions, and showed similar lipid production (1.08 g.L-1) and higher biomass production (7.05 g.L-1). Fatty acids profile obtained was composed by lauric acid (C12:0), myristic acid (C14:0), palmitic acid (C16:0), palmitoleic acid (C16:1), stearic acid (C18:0), oleic acid(C18:1), linoleic acid (C18:2 n-6), and linolenic acid (C18:3 n-3).

O soro de queijo, um subproduto industrial altamente poluidor, constitui-se em um substrato rico em nutrientes e de grande potencial de aproveitamento em bioprocessos. A utilização de substratos alternativos e de baixo custo para a produção de etanol, tais como resíduos industriais, vem sendo recentemente estudada, com resultados promissores. Diante deste contexto, o presente trabalho teve como objetivo otimizar a bioconversão do soro de queijo em etanol em biorreatores imobilizados usando Kluyveromyces marxianus como biocatalisador e avaliar as limitações de transferência de massa em esferas de alginato de cálcio mediante o cálculo do coeficiente de difusão. Valores similares do fator de conversão da lactose em etanol, YEtOH/S, (0,44±0,01 g g -1) foram encontrados ao testar a produção do etanol por três linhagens de K. marxianus (CBS 6556, CCT 4086 e CCT 2653) em biorreator de leito fluidizado em regime batelada, e uma diminuição na eficiência de conversão (83,3- 66,1%) e na produtividade volumétrica (0,96 a 0,78 g L-1h-1) foi observada ao aumentar a temperatura de fermentação (30-40ºC) utilizando K. marxianus CBS 6556 imobilizada. Em seguida, foram testados biorreatores de leito fixo e fluidizado operados continuamente por diferentes taxas de diluição (0,1-0,3 h-1). Os valores indicaram que o aumento da taxa de diluição leva a um decréscimo da utilização de lactose e da produção de etanol e um aumento da produtividade volumétrica (QP). Valores semelhantes do fator de conversão de lactose em etanol (YEtOH/S) foram encontrados para todas as taxas de diluição testadas, em ambos sistemas de biorreator (fixo e fluidizado). A maior produtividade volumétrica foi obtida para a taxa de diluição de 0,3 h-1 em biorreator de leito fluidizado, alcançando 87% da conversão teórica, e a maior concentração de etanol (27,9 g L-1) foi obtida com a taxa de diluição de 0,1 h-1. As imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) na superfície das esferas mostraram que a imobilização em alginato de cálcio foi eficaz. O estudo da transferência de massa da lactose e do etanol em esferas de cálcio foi realizado através da medição do coeficiente de difusão com base na abordagem matemática da Segunda Lei de Fick. Diferentes condições experimentais foram testadas. Os resultados obtidos mostraram que o coeficiente de difusão independe da concentração da solução de lactose (25, 50 e 75 g L-1) e de etanol (25 e 50 g L- 1), bem como da concentração de alginato (3, 4 e 6%), e que é afetado pela temperatura (25, 30 e 35 ºC), aumentando de 4,67×10-10 m2 s-1 a 6,96×10-10 m2 s-1 para a lactose, e de 1,46×10-10 m2 s-1 a 2,68×10-10 m2 s-1 para o etanol. / Cheese whey, an industrial by-product with highly pollutant characteristics, is a substrate for cell growth, rich in nutrients and with great potential for use in bioprocesses. The utilization of alternative and low cost substrates for the production of ethanol, such as industrial waste, has been recently studied with promising results. In this context, the aim of this work was to optimize the bioconversion of cheese whey into ethanol in bioreactors using immobilized Kluyveromyces marxianus as biocatalyst and evaluate the mass transfer limitations in Ca-alginate beads by measuring the diffusion coefficient. Similar ethanol yields (0.44±0.01 g EtOH g sugar-1) were found when testing the ethanol production by three strains of K. marxianus (CBS 6556, CCT 4086 and CCT 2653) in batch fluidized bed bioreactor, a decrease in conversion efficiency (83.3 to 66.1%) and ethanol productivity (0.96 to 0.78 g L- 1.h-1) was observed with the increase of fermentation temperature (30-40ºC) by immobilized K. marxianus CBS 6556. Continuous fluidized and packed bed bioreactors with different dilution rates (0.1 to 0.3 h-1) were performed. Values indicated that the increase of dilution rate led to a decrease in lactose utilization and ethanol production and an increase in ethanol productivity (QP). Similar ethanol yields (YEtOH/S) were obtained for all dilution rates tested, in both bioreactor systems. The highest ethanol productivity (3.5 g L-1h-1) was obtained at dilution rate of 0.3 h-1 in the fluidized bed bioreactor, with 87% of the theoretical conversion. The highest ethanol concentration (27.9 g L-1) was obtained at dilution rate of 0.1 h-1. The SEM micrographies of beads demonstrated that the cell immobilization in the Ca-alginate was effective. Lactose and ethanol mass transfer studies in Ca-alginate beads was performed by measuring the diffusion coefficient based on the mathematical approach of the Fick’s second Law. Different experimental conditions were tested. Results showed that diffusion coefficients were independent from the concentration of lactose (25, 50 and 75 g L-1) and ethanol (25 and 50 g L-1), as well as from the concentration of Ca-alginate (3, 4 and 6%), but were affected by temperature, increasing from 4.67×10-10 m2 s-1 to 6.96×10-10 m2 s-1 for lactose, and from 1.46×10-10 m2 s-1 to 2.68×10-10 m2 s-1 for ethanol.