Submitted by Nathália Faria da Silva (nathaliafsilva.ufv@gmail.com) on 2017-07-13T19:27:19Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 283783 bytes, checksum: 32a1ca5907c089fec2825ff714b5c5a4 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-13T19:27:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 283783 bytes, checksum: 32a1ca5907c089fec2825ff714b5c5a4 (MD5) Previous issue date: 2004-02-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O objetivo proposto para esse estudo foi avaliar a influência do sombreamento proporcionado pela algaroba associada (Prosopis juliflora) sobre o valor nutricional do capim-buffel (Cenchrus ciliaris). Através da técnica in vitro semi-automática de produção de gases, foram avaliadas a cinética da fermentação e extensão da degradação da matéria seca das amostras. Análises para determinação da composição químico-bromatológica e fracionamento de carboidratos da forrageira também foram realizadas. As avaliações foram feitas a partir de amostras da gramínea obtidas em um sistema de associação de capim- buffel com algaroba, localizado na região semi-árida nordestina, com aproximadamente 15 anos de idade, durante a época seca e chuvosa, compreendidas respectivamente entre os meses de agosto de 1997 e abril de 1998. O delineamento experimental utilizado foi em esquema de parcelas subdivididas, com blocos ao acaso constituindo as cinco repetições, representadas cada uma por um mistura de amostras colhidas sobre duas árvores contíguas. As parcelas principais foram compostas pelos três locais de amostragem da gramínea: dois pontos de coleta de amostras (A e B) sob a copa das árvores de algaroba e um terceiro ponto (C) distante 20 m de cada árvore selecionada, representando a forrageira em monocultivo. As parcelas secundárias foram constituídas pelas duas épocas avaliadas, que diferiram principalmente em termos de precipitação. Através da determinação da composição químico-bromatológica do capim-buffel colhido nos pontos A, B e C, na época seca e chuvosa, observou-se que o sombreamento proporcionado pela algaroba não alterou o teor de nutrientes e outros compostos na gramínea. A mensuração dos teores de matéria mineral (MM), proteína bruta (PB), extrato etéreo (EE), fibra em detergente neutro (FDN), fibra em detergente ácido (FDA), hemicelulose (HEMI), celulose (CEL) e lignina (LIG) foi feita nas amostras, cujos valores foram expressos em % da matéria seca. Os teores desses nutrientes não variaram (P>0,05) entre os pontos de amostragem, exceção feita à LIG mensurada no capim-buffel colhido no ponto C durante a época seca, com conteúdo aproximadamente 10% inferior quando comparado com ao valor obtido nas amostras colhidas no ponto A na mesma época. Destacaram-se o baixo conteúdo protéico (6%) e o alto conteúdo de fibra, com FDN e FDA respectivamente 77 e 50%. Durante a época seca os teores de FDN, FDA e LIG do capim-buffel foram ligeiramente maiores (P>0,05) quando comparados aos valores obtidos na época chuvosa. O teor de MM da gramínea também diferiu (P>0,05) entre épocas, sendo superior na época de menor déficit hídrico. O fracionamento de carboidratos do capim-buffel não acusou diferenças (P>0,05) ocasionadas pelo local de amostragem. No entanto, durante a época de maior precipitação, foi menor o conteúdo da fração C. A proporção das frações de carboidratos foi expressa como % dos carboidratos totais. A contribuição da fração A+B 1 na gramínea foi pequena (12%), enquanto as frações B 2 e C, independente da época ou local de amostragem, foram expressivas e apresentaram valores mínimos respectivamente 52% e 30%. A técnica in vitro semi-automática de produção de gases (TPG) e a avaliação da degradação aparente revelaram os efeitos do sombreamento proporcionado pela algaroba sobre o capim-buffel. Esse bio-ensaio com microrganismos foi utilizado para estimar a cinética da fermentação e da produção de gases (PG) do capim-buffel, concomitantemente à determinação da extensão da sua degradação, através de medidas gravimétricas. Os resultados foram influenciados pela disponibilidade de água no solo em decorrência das variações na precipitação, à semelhança do que ocorreu com a composição químico-bromatológica e fracionamento de carboidratos. O sombreamento proporcionado pela algaroba alterou negativamente os parâmetros cinéticos da fermentação e de extensão de degradação do capim-buffel, mas somente na época chuvosa. Não foram observadas diferenças (P>0,05) para a gramínea colhida nos pontos A, B e C na época seca para as variáveis de extensão da degradação e cinética da fermentação obtidas por intermédio da TPG. Os valores médios para PG potencial (A), taxa fracional de PG (μ), tempo de latência (L), tempo para atingir a metade da PG assintótica (T/2) e degradação aparente (DA) da matéria seca do capim- buffel foram respectivamente 138 mL; 2,10 %/h; 5,8 h; 31 h e 42%. Durante a época chuvosa, houve diferenças (P>0,05) para essas mesmas variáveis, com superioridade para a gramínea crescendo em condição de exposição completa ao sol (ponto C), indicando melhoria do valor nutricional da gramínea crescendo sob radiação solar intensa. Para a gramínea colhida nos pontos localizados sob a copa das árvores (pontos A e B), não foram observadas diferenças (P>0,05). Os valores médios para A, μ e L para as amostras colhidas no ponto C foram respectivamente 183 mililitros; 2,18 %/h e 5,3 h; contra 155 mL; 2,02 %/h e 5,7 h para as mesmas variáveis mensuradas nas amostras colhidas nos pontos A e B. Para o efeito experimental de época, diferiram (P>0,05) as variáveis A e DA, com superioridade para a gramínea colhida na época chuvosa, apresentando valores médios respectivamente 165 mL e 49%, contra 138 mL e 42% para a época seca. As variáveis L, T/2 e μ, para as quais não se observou diferença (P>0,05) para o efeito sazonal, apresentaram valores médios, respectivamente, 5,7 h, 31 h e 2,08 %/h. Esses resultados indicam que esse efeito experimental influenciou mais a extensão da degradação do que os parâmetros cinéticos da fermentação do capim-buffel. A associação do capim-buffel com a algaroba não apresentou vantagens para a melhoria dos parâmetros de extensão da degradação e cinética da fermentação do capim-buffel. O valor nutricional da gramínea foi mais influenciado pela diferença na disponibilidade de água no solo, decorrente da sazonalidade do clima, do que pelo sombreamento proporcionado pelas árvores de algaroba associadas. Com os resultados obtidos, pôde-se perceber que, o primeiro fator limitante para a melhoria do valor nutricional da forrageira foi a disponibilidade de água no solo, seguida pela radiação solar. Esses efeitos se complementam e têm efeito aditivo pronunciado. / The purpose of this study was to evaluate the effect of shading from algaroba trees (Prosopis juliflora) on the nutritional value of associated buffel grass (Cenchrus ciliaris). The in vitro semi-automatic gas production technique was used to evaluate the fermentation kinetics and extent of dry matter degradation of this grass. Also determined was the chemical-bromatological composition and carbohydrate fractioning of the buffel grass samples. These were obtained from an approximately 15 year-old buffel grass/algaroba association area located in the (semi-arid) northeastern region of Brazil, during both the dry and the rainy season, between August, 1977 and April, 1998. The experimental design used was a scheme of subdivided portions, with random blocks constituting the five repetitions, each represented by a mixture of samples collected under two adjacent trees. The main portions were composed of three sampling sites, i.e., two sample collection points (A and B) under the algaroba tree canopies and a third point (C) located at a distance of 20 cm from each selected tree, representing monocultured buffel grass. The secondary portions corresponded to the two sampling seasons, which differed from each other mainly in terms of rainfall. The determinations made with samples collected from points A, B and C during both the dry and the rainy season showed that shading from the algaroba trees had no significant effect on the chemical-bromatological composition of buffel grass. Measurements were made of the contents of mineral matter (MM), crude protein, ethereal extract (EE), neutral detergent fiber (NDF), acid detergent fiber (ADF), hemicellulose (HEMI), cellulose (CEL), the values being expressed in % of dry matter. No differences (P>0.05) in the contents of these nutrients were found between sampling points, except for LIG in the dry-season samples from point C, of which the content was approximately 10% lower than that obtained for the samples from point A. The protein content was low (6%) xiiand the NDF and ADF contents were high (77 and 50%, respectively). The NDF, ADF and LIG contents of dry-season samples were slightly higher (P>0.05) than those recorded for rainy-season samples. The MM content also varied (P>0.05) between sampling seasons and was higher for samples collected during the period of smallest water deficit. No differences in carbohydrate fractioning were found (P>0.05) between sampling sites. However, during the period of greater rainfall, the content of fraction C was smaller. The proportion of carbohydrate fractions was expressed as a percentage of total carbohydrates. The contribution of fraction A+B1 was small (12%), whereas fractions B2 and C were relevant, regardless of the sampling period or site, showing minimum values of 52% and 30%, respectively. The in vitro semi-automatic gas production technique (GPT) and the evaluation of apparent degradation showed the effects of shading from algaroba trees on buffel grass. This bio-survey with microorganisms was used to estimate the fermentation kinetics and gas production (GP) of buffel grass, with the extent of dry matter degradation being determined through gravimetric measurements. The results were influenced by differences in soil water availability due to variations in rainfall. Shading from the algaroba trees had a negative effect on the kinetic parameters of fermentation, as well as on the extent of degradation of buffel grass, yet only in the rainy season. No differences (P>0,05) in the extent of degradation and fermentation kinetics, as determined by GPT, were found between the dry-season samples from points A, B and C. The mean values for potential GP (A), fractional GP rate (m), latency time, time to reach half of the asymptotic GP (T/2), and apparent degradation of dry matter (AD) were 138 ml, 2.10%/h, 5.8 h, 31 h, and 42%, respectively. For the rainy-season samples, differences were recorded in these variables (P>0.05), with higher values being obtained for samples from areas fully exposed to the sun (point C), suggesting that nutritional value is improved by intense solar radiation. No differences (P>0.05) in these variables were observed for buffel grass collected from under the algaroba tree canopies (points A and B). The mean values for A, m and L were 183 ml, 2.18%/h and 5.3 h, respectively, for the samples collected from point C, and 155 ml, 2.02%/h and 5.7 h, respectively; for the samples obtained from points A and B. As for the time-of-the-year effect, differences were observed (P>0.05) in the variables A and AD, with higher values being recorded for rainy-season samples, which showed mean values of 165 ml and 49%, respectively, against 138 ml and 42% for dry-season samples. The xiiivariables L, T/2 and m, for which no differences related to the seasonal effect were recorded (P>0.05), showed mean values of 5.7 h, 31 h and 2.08%/h, respectively. These results indicate that degradation is more affected by the seasonal effect than are the kinetic parameters of fermentation of buffel grass. The association of buffel grass with algaroba showed no significant advantages in improving the extent of degradation and the fermentation kinetics of buffel grass. The difference in soil water availability had a greater influence on the nutritional value of buffel grass than did shading from the associated algaroba trees. The results obtained allow us to conclude that the major limiting factor to improvement of the nutritional value of buffel grass was soil water availability, followed by exposure to the sun. These two factors complement each other and have a marked additive effect.

Nos últimos anos, duas tendências tem se destacado no universo cervejeiro: a obtenção de cervejas a partir de mostos concentrados e a elaboração de cervejas utilizando adjuntos especiais, os quais podem aromatizar ou não as mesmas. Visando um aumento da produtividade juntamente com uma menor necessidade de investimentos na capacidade produtiva, algumas cervejarias vêm optando pelo aumento do extrato inicial de fermentação para valores superiores aos tradicionais (10-15 0P). A elaboração de cervejas utilizando adjuntos especiais vem se tornando uma solução de barateamento na obtenção de cerveja devido à substituição de parte do malte, acrescentando ainda, atributos sensoriais característicos nos produtos obtidos. A banana constitui-se em matéria-prima bastante favorável à fermentação alcoólica por ser rica em carboidratos, minerais e apresentar baixa acidez. O principal objetivo desta pesquisa foi utilizar a banana como um adjunto do malte e como um aromatizante natural e sutil das cervejas obtidas. A quantificação dos carboidratos presentes na banana prata em diferentes graus de maturação revelou que a condição \"muito-madura\", apresentou o mais alto teor de carboidratos totais solúveis (15,65 %) e o mais baixo teor de amido (0,48 %). Após a etapa quantificação dos carboidratos fez-se um estudo da extração aquosa a quente dos sólidos solúveis da banana com a metodologia de superfície de resposta a partir de um planejamento fatorial 22 onde se obteve um modelo matemático empírico quadrático (Y = 5.58 + 1.25 X1 - 0.26 X2 - 0.37 X22). Os valores que otimizaram esta extração (Y) foram 38,5 g de purê de banana (X1) e tempo de extração de 39,7 minutos. Utilizando um planejamento fatorial 22 fez-se um estudo da fermentação do mosto com adjunto de banana, na planta piloto da microcervejaria da EEL - USP em diferentes concentrações e temperaturas. Observou-se que a 12 0P e a 15 0C obteve-se uma Qp de 0,58 g/L.h em 72 h de fermentação e apenas 6,07 % do açúcar metabolizado pela levedura cervejeira foi desviado para a geração de produtos secundários, garantindo um Yp/s real de 0,48 g/g. Dentro destas condições de estudo investigou-se o comportamento cinético da levedura cervejeira Saccharomyces cerevisiae 308 de baixa fermentação (tipo lager) nestes mostos com banana, de densidade tradicional. Pôde-se observar que o máximo valor de ?x (0,114 h-1) foi alcançado com a fermentação a 12 0P e 15 0C. O valores máximos de ?s e ?p (1,128 e 0,585 g/g.h, respectivamente) foram conseguidos com a fermentação a 15 0P e 15 0C. Em seguida, fez-se um estudo com o propósito de aumentar a produtividade volumétrica de etanol em mostos com banana de alta densidade. Para isto, realizou-se fermentações com a adição de diferentes nutrientes, em mini-bioreatores cilindrocônicos de 0,9 L da Uminho - Portugal. Verificou-se que apenas a adição de MgSO4 foi significativa estatisticamente para o aumento da Qp. Observou-se também que o melhor valor de Qp (0,68 g.L/h) foi alcançado em 64 h de fermentação após suplementação com 420 mg/L de MgSO4. Em seguida, fez-se a caracterização físicoquímica da cerveja obtida com a reprodução do experimento otimizado em mini-bioreator cilindrocônico de 0,9 L da Uminho - Portugal no fermentador de 180 L da EEL - USP, verificando-se que a cerveja com banana de 4,8 % v/v apresentou uma elevada concentração de potássio (600,68 mg/L) e de acetato de isoamila (1,20 mg/L). Das cervejas otimizadas elaboradas na planta piloto da USP, fez-se uma avaliação sensorial comparando-as com cervejas do mercado brasileiro. Observou-se que em relação aos testes de preferência, as cervejas com banana foram estatisticamente preferidas em relação às amostras do mercado. Já os testes de aceitação demonstraram que não houve diferença significativa (p >= 0,05) quanto ao grau de aceitação entre os produtos correspondentes às amostras experimentais otimizadas e as amostras do mercado. Ou seja, as amostras de cerveja com banana foram tão aceitas pelo consumidor quanto às amostras de cerveja do mercado. Por fim foi realizado um estudo econômico preliminar, dentro de uma estimativa de produção de 875 L/mês de cerveja com banana em microcervejaria. Verificou-se que o custo inicial do processo foi 204,76 % superior a de uma cerveja comercial. Todavia, o custo direto variável de produção desta cerveja foi de R$ 0,94/L contra R$ 1,10/L de uma cerveja puro malte produzida nas mesmas condições de processo. / In the past years, two tendencies have been revealed in the universe of brewing: beer production using concentrated wort and its elaboration using special adjunct, which might supply or not a special flavour to the beer. Aiming to increase the process productivity along with decreasing the necessity of further production investments, some breweries have adapted to increase the initial fermentation extract concentration to values superior to the traditional ones (10-15 oP). The elaboration of beer using special adjunct is considered a solution to turn cheap beer production by not only by substituting part of the malt but also in adding characteristic sensorial attributes in the obtained products. Banana is constituted of raw materials suitable for alcoholic fermentation for being rich in carbohydrates and minerals and present law acidity. The principal objective of this research is to utilize the banana as an adjunct for malt and also as a natural and a tenuous flavouring agent for the obtained beer. The quantification of the carbohydrates present in the banana prata in different maturation grade, has revealed that the condition of \"very mature\" represented the highest content in total soluble carbohydrates (15.65%) and the lowest content in starch (0.48%). After the quantification stage of the carbohydrates, a study was done on the hot aqueous extraction of the soluble solids found in the banana using the response-surface method obtained by a complete 22 factorial design. The obtained mathematical empirical quadratic model was (Y = 5.58 + 1.25 X1 - 0.26 X2 - 0.37 X22). The values of the optimized extraction (Y) was 38.5 g of banana pulp (X1) and an extraction time of 39.7 minutes. It was done a study on the fermentation wort with banana adjunct using a factorial design 22, in the micro-brewery pilot plant located in the EEL - USP, at different concentrations and process temperatures. It was observed that at 12 0P and at 15 0C, it was obtained a Qp of 0.58 g/L.h in 72 h of fermentation and only 6.07 % of the sugar metabolized by the alcoholic-yeast was deviated for the production of secondary products, which guaranteed a real Yp/s of 0.48 g/g. Using these conditions in study, it was investigated the kinetic behavior of the alcoholic-yeast Saccharomyces cerevisiae 308 of law fermentation (lager type) in these wort using banana, of conventional gravity. It can be observed that the maximum value of ?x (0.114 h-1) was achieved with fermentation at 12 0P and 150C. The maximum values of ?s and ?p (1.128 e 0.585 g/g.h, respectively) was obtained at fermentation of 15 0P and 15 0C. It was also done studies with the objective of increasing the volumetric productivity of ethanol in worts with banana at high gravity. For this reason, it was done several fermentations with the addition of different nutrients, in mini-bioreactors cylindrical-conical de 0.9 L from UMinho-Portugal. It was verified that the addition of MgSO4 was statistically significant for the increase in Qp. It was also verified that the best value of Qp (0.68 g.L/h) was achieved in 64 h of fermentation after being supplemented with 420 mg/L of MgSO4. It was also done a physical-chemical characterization of the beer obtained from the reproduction of the optimized experiment obtained using the cylindrical-conical bioreactor de 0.9 L from UMinho- Portugal in the bioreactor of 180 L of working volume located in the EEL - USP, verifying that the beer with banana (4.8 % v/v) have presented a high concentrations of potassium (600.68 mg/L) and isomile acetate (1.20 mg/L). It was done a sensorial evaluation of the elaborated beer in the pilot-plant in the USP, comparing it with the other beers found in the Brazilian market. It was observed that in relation to the preference test, beers with banana were statistically preferred in relation to the other samples. Acceptance tests demonstrated that there has been no significant difference (p>= 0.05) in relation to the grade of acceptance between the products corresponding to the samples taken from the optimized experiments and the samples taken from the market. In other words, the samples with banana were acceptable by the consumer as much as the samples taken from common beers found in the market. Finally, it was done a preliminary economical evaluation of the process, considering as production capacity the value of 875 L/month of beer with banana. It was calculated the initial cost of the process was of 204.76% superior than the commercial draft beer. On the other hand, the direct cost of production of this draft beer was of R$ 0.94/L against R$ 1.10/L of draft beer made from pure malt using the same process conditions.

Nos últimos anos, duas tendências tem se destacado no universo cervejeiro: a obtenção de cervejas a partir de mostos concentrados e a elaboração de cervejas utilizando adjuntos especiais, os quais podem aromatizar ou não as mesmas. Visando um aumento da produtividade juntamente com uma menor necessidade de investimentos na capacidade produtiva, algumas cervejarias vêm optando pelo aumento do extrato inicial de fermentação para valores superiores aos tradicionais (10-15 0P). A elaboração de cervejas utilizando adjuntos especiais vem se tornando uma solução de barateamento na obtenção de cerveja devido à substituição de parte do malte, acrescentando ainda, atributos sensoriais característicos nos produtos obtidos. A banana constitui-se em matéria-prima bastante favorável à fermentação alcoólica por ser rica em carboidratos, minerais e apresentar baixa acidez. O principal objetivo desta pesquisa foi utilizar a banana como um adjunto do malte e como um aromatizante natural e sutil das cervejas obtidas. A quantificação dos carboidratos presentes na banana prata em diferentes graus de maturação revelou que a condição \"muito-madura\", apresentou o mais alto teor de carboidratos totais solúveis (15,65 %) e o mais baixo teor de amido (0,48 %). Após a etapa quantificação dos carboidratos fez-se um estudo da extração aquosa a quente dos sólidos solúveis da banana com a metodologia de superfície de resposta a partir de um planejamento fatorial 22 onde se obteve um modelo matemático empírico quadrático (Y = 5.58 + 1.25 X1 - 0.26 X2 - 0.37 X22). Os valores que otimizaram esta extração (Y) foram 38,5 g de purê de banana (X1) e tempo de extração de 39,7 minutos. Utilizando um planejamento fatorial 22 fez-se um estudo da fermentação do mosto com adjunto de banana, na planta piloto da microcervejaria da EEL - USP em diferentes concentrações e temperaturas. Observou-se que a 12 0P e a 15 0C obteve-se uma Qp de 0,58 g/L.h em 72 h de fermentação e apenas 6,07 % do açúcar metabolizado pela levedura cervejeira foi desviado para a geração de produtos secundários, garantindo um Yp/s real de 0,48 g/g. Dentro destas condições de estudo investigou-se o comportamento cinético da levedura cervejeira Saccharomyces cerevisiae 308 de baixa fermentação (tipo lager) nestes mostos com banana, de densidade tradicional. Pôde-se observar que o máximo valor de ?x (0,114 h-1) foi alcançado com a fermentação a 12 0P e 15 0C. O valores máximos de ?s e ?p (1,128 e 0,585 g/g.h, respectivamente) foram conseguidos com a fermentação a 15 0P e 15 0C. Em seguida, fez-se um estudo com o propósito de aumentar a produtividade volumétrica de etanol em mostos com banana de alta densidade. Para isto, realizou-se fermentações com a adição de diferentes nutrientes, em mini-bioreatores cilindrocônicos de 0,9 L da Uminho - Portugal. Verificou-se que apenas a adição de MgSO4 foi significativa estatisticamente para o aumento da Qp. Observou-se também que o melhor valor de Qp (0,68 g.L/h) foi alcançado em 64 h de fermentação após suplementação com 420 mg/L de MgSO4. Em seguida, fez-se a caracterização físicoquímica da cerveja obtida com a reprodução do experimento otimizado em mini-bioreator cilindrocônico de 0,9 L da Uminho - Portugal no fermentador de 180 L da EEL - USP, verificando-se que a cerveja com banana de 4,8 % v/v apresentou uma elevada concentração de potássio (600,68 mg/L) e de acetato de isoamila (1,20 mg/L). Das cervejas otimizadas elaboradas na planta piloto da USP, fez-se uma avaliação sensorial comparando-as com cervejas do mercado brasileiro. Observou-se que em relação aos testes de preferência, as cervejas com banana foram estatisticamente preferidas em relação às amostras do mercado. Já os testes de aceitação demonstraram que não houve diferença significativa (p >= 0,05) quanto ao grau de aceitação entre os produtos correspondentes às amostras experimentais otimizadas e as amostras do mercado. Ou seja, as amostras de cerveja com banana foram tão aceitas pelo consumidor quanto às amostras de cerveja do mercado. Por fim foi realizado um estudo econômico preliminar, dentro de uma estimativa de produção de 875 L/mês de cerveja com banana em microcervejaria. Verificou-se que o custo inicial do processo foi 204,76 % superior a de uma cerveja comercial. Todavia, o custo direto variável de produção desta cerveja foi de R$ 0,94/L contra R$ 1,10/L de uma cerveja puro malte produzida nas mesmas condições de processo. / In the past years, two tendencies have been revealed in the universe of brewing: beer production using concentrated wort and its elaboration using special adjunct, which might supply or not a special flavour to the beer. Aiming to increase the process productivity along with decreasing the necessity of further production investments, some breweries have adapted to increase the initial fermentation extract concentration to values superior to the traditional ones (10-15 oP). The elaboration of beer using special adjunct is considered a solution to turn cheap beer production by not only by substituting part of the malt but also in adding characteristic sensorial attributes in the obtained products. Banana is constituted of raw materials suitable for alcoholic fermentation for being rich in carbohydrates and minerals and present law acidity. The principal objective of this research is to utilize the banana as an adjunct for malt and also as a natural and a tenuous flavouring agent for the obtained beer. The quantification of the carbohydrates present in the banana prata in different maturation grade, has revealed that the condition of \"very mature\" represented the highest content in total soluble carbohydrates (15.65%) and the lowest content in starch (0.48%). After the quantification stage of the carbohydrates, a study was done on the hot aqueous extraction of the soluble solids found in the banana using the response-surface method obtained by a complete 22 factorial design. The obtained mathematical empirical quadratic model was (Y = 5.58 + 1.25 X1 - 0.26 X2 - 0.37 X22). The values of the optimized extraction (Y) was 38.5 g of banana pulp (X1) and an extraction time of 39.7 minutes. It was done a study on the fermentation wort with banana adjunct using a factorial design 22, in the micro-brewery pilot plant located in the EEL - USP, at different concentrations and process temperatures. It was observed that at 12 0P and at 15 0C, it was obtained a Qp of 0.58 g/L.h in 72 h of fermentation and only 6.07 % of the sugar metabolized by the alcoholic-yeast was deviated for the production of secondary products, which guaranteed a real Yp/s of 0.48 g/g. Using these conditions in study, it was investigated the kinetic behavior of the alcoholic-yeast Saccharomyces cerevisiae 308 of law fermentation (lager type) in these wort using banana, of conventional gravity. It can be observed that the maximum value of ?x (0.114 h-1) was achieved with fermentation at 12 0P and 150C. The maximum values of ?s and ?p (1.128 e 0.585 g/g.h, respectively) was obtained at fermentation of 15 0P and 15 0C. It was also done studies with the objective of increasing the volumetric productivity of ethanol in worts with banana at high gravity. For this reason, it was done several fermentations with the addition of different nutrients, in mini-bioreactors cylindrical-conical de 0.9 L from UMinho-Portugal. It was verified that the addition of MgSO4 was statistically significant for the increase in Qp. It was also verified that the best value of Qp (0.68 g.L/h) was achieved in 64 h of fermentation after being supplemented with 420 mg/L of MgSO4. It was also done a physical-chemical characterization of the beer obtained from the reproduction of the optimized experiment obtained using the cylindrical-conical bioreactor de 0.9 L from UMinho- Portugal in the bioreactor of 180 L of working volume located in the EEL - USP, verifying that the beer with banana (4.8 % v/v) have presented a high concentrations of potassium (600.68 mg/L) and isomile acetate (1.20 mg/L). It was done a sensorial evaluation of the elaborated beer in the pilot-plant in the USP, comparing it with the other beers found in the Brazilian market. It was observed that in relation to the preference test, beers with banana were statistically preferred in relation to the other samples. Acceptance tests demonstrated that there has been no significant difference (p>= 0.05) in relation to the grade of acceptance between the products corresponding to the samples taken from the optimized experiments and the samples taken from the market. In other words, the samples with banana were acceptable by the consumer as much as the samples taken from common beers found in the market. Finally, it was done a preliminary economical evaluation of the process, considering as production capacity the value of 875 L/month of beer with banana. It was calculated the initial cost of the process was of 204.76% superior than the commercial draft beer. On the other hand, the direct cost of production of this draft beer was of R$ 0.94/L against R$ 1.10/L of draft beer made from pure malt using the same process conditions.

Submitted by Cássio da Cruz Nogueira (cassionogueirakk@gmail.com) on 2017-05-15T16:28:47Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_CineticaFermentacaoParametros.PDF: 1069271 bytes, checksum: 66d6cf84f37021603d6d31e5d8e9b849 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-05-18T14:39:03Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_CineticaFermentacaoParametros.PDF: 1069271 bytes, checksum: 66d6cf84f37021603d6d31e5d8e9b849 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-18T14:39:03Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_CineticaFermentacaoParametros.PDF: 1069271 bytes, checksum: 66d6cf84f37021603d6d31e5d8e9b849 (MD5) Previous issue date: 2016-02-25 / A cinética de fermentação e a degradabilidade efetiva (DE) da torta da amêndoa de castanha-do-pará (Bertholletia excelsa Bonpl.) - (TAC) foram avaliadas nas proporções 0 (controle), 15, 30, 45, 60 e 100% da matéria seca em substituição à silagem de milho (SM), através da produção de gases in vitro, nos tempos 3, 6, 9, 12, 24, 48, 72 e 96 horas. O delineamento experimental para produção de gases foi em blocos ao acaso, com seis tratamentos, três blocos e duas repetições por bloco. Para estimativa dos parâmetros de cinética de fermentação ruminal de cada tratamento, o modelo de France et al. (1993) foi ajustado aos dados. Em experimento in vivo, avaliou-se os parâmetros ruminais de ovinos alimentados com 0, 15, 30 e 45% (MS) de TAC, e silagem de milho. As coletas de líquido ruminal para determinação da concentração dos AGCC, pH e N-NH3 foram realizadas às 08h00, antes do fornecimento da dieta, e às 10h00, 12h00, 14h00, 16h00 e 18h00, pós-prandial. O delineamento foi inteiramente casualizado, com medidas repetidas no tempo, sendo quatro tratamentos e três repetições. Os resultados das variáveis: acetato, propionato, butirato, relação acetato:propionato, pH e NH3 foram submetidos à análise de variância e regressão (linear e quadrática) considerando-se tratamento, tempo e a interação de ambos. Utilizou-se o teste F, com nível de significância de 5% (P<0,05). O padrão de cinética de fermentação e DE foi linear decrescente (P<0,05), diminuindo a produção de gás total à cada nível de inclusão do coproduto. Não houve efeito da interação tratamento vs tempo para as variáveis AGV total (P>0,40), ácido acético (P>0,41), propiônico (P>0,85), butírico (P>0,62) e pH (P>0,57). Não houve, também, efeito na concentração de AGV total (P>0,75), nem na de ácido acético (P>0,07), entre os tratamentos. A concentração dos ácidos propiônico e butírico mMol/100 mL de líquido ruminal reduziram (P<0,001) e (P<0,022), com a inclusão de 45% MS de TAC. As maiores concentrações, nos tempos de mensuração foram observadas 4 horas após a alimentação. Os valores de pH apresentaram efeito quadrático tanto na inclusão (P<0,001), quanto no tempo (P<0,001). Houve interação tratamento vs tempo na concentração de N-NH3 (mg/ml) (P<0,001) e na relação dos ácidos acético:propiônico (P<0,014). Recomenda-se o uso da TAC, em níveis iguais ou inferiores a 30%, combinado com diferentes fontes de carboidratos. / The fermentation kinetics and effective degradability (ED) brazil’s nut (Bertholletia excelsa Bonpl.) - (BN) were evaluated in the proportions 0 (control), 15, 30, 45, 60 and 100% dry matter in substitution of corn silage (CS) by in vitro gas production in the times 3, 6, 9, 12, 24, 48, 72 and 96 hours. The experimental design for the gas production was in randomized blocks with six treatments, three blocks and two repetitions per block. To estimate of ruminal kinetics fermentation parameters of each treatment, the model of France et al. (1993) was fitted to the data. In in vivo experiment, we evaluated the ruminal parameters of sheep fed 0, 15, 30 and 45% (MS) TAC, and corn silage. The rumen fluid collections to determine the concentration of SCFA, pH and N-NH3 were held at 08h00, before the diet supply, and at 10h00, 12h00, 14h00, 16h00 and 18h00, post-prandial. The design was completely randomized with repeated measures, with four treatments and three replications. The variables results: acetate, propionate, butyrate, acetate: propionate ratio, pH and NH3 were subjected to analysis of variance and regression (linear and quadratic) considering treatment time and the interaction of both. We used the F test, with significance level of 5% (P<0.05). The standard kinetic fermentation and ED was declining linear (P<0.05), reducing total gas production at each level of coproduct addition. There was no significant interaction between treatment vs time for all SCFA variables (P>0.40), acetic acid (P>0.41), propionic (P>0.85), butyric acid (P>0.62) and pH (P>0.57). There was also effect on the total concentration of SCFA (P>0.75) nor in acetic acid (P>0.07) among the treatments. The concentration of propionic and butyric acids mMol/100ml of ruminal fluid reduced (P<0.001) (p<0.022) with the addition of 45% DM TAC. The highest concentrations in the measurement times were observed 4 hours after feeding. The pH values showed a quadratic effect both inclusion (P<0.001) and time (P<0.001). There was interaction (P <0.001) between treatment vs time NH3-N (mg/ml) concentration and the ratio of acetic: propionic acid (P<0.014). It is recommended the use of the TAC, at levels equal to or less than 30%, combined with different carbohydrate sources.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-06-05T17:07:12Z No. of bitstreams: 1 GISLEÂNIA DOURADO LANDIM PARENTE - DISSERTAÇÃO PPGSA PROFISSIONAL 2014..pdf: 1646252 bytes, checksum: 69d7142e823523d864edc041288b9b0c (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-05T17:07:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GISLEÂNIA DOURADO LANDIM PARENTE - DISSERTAÇÃO PPGSA PROFISSIONAL 2014..pdf: 1646252 bytes, checksum: 69d7142e823523d864edc041288b9b0c (MD5) Previous issue date: 2014-02-26 / A Paraíba é o maior produtor de abacaxi do Brasil, sendo esta uma das frutas tropicais mais apreciadas, devido seu sabor e aroma característico. As exigências estabelecidas pelo mercado in natura estão entre as causas do desperdício de frutas, descartando-se as que estão fora do perfil exigido pelo consumidor. Desta forma, o objetivo desta pesquisa foi utilizar o abacaxi como matéria-prima para elaboração de aguardente de fruta. A fermentação alcoólica foi conduzida, em sistema de batelada, e avaliou-se a concentração celular (X), concentração de sólidos solúveis (S) e concentração de etanol (P) durante a fermentação para o estudo cinético através dos experimentos dispostos no planejamento fatorial. Utilizando o planejamento fatorial 22 e análise de superfície de resposta avaliou-se a influência das concentrações de sólidos solúveis e de levedura no processo de fermentação alcoólica, sobre as respostas (% conversão, produtividade, YX/S e YP/S). O fermentado alcoólico foi destilado em alambique de cobre e armazenado em barril de freijó onde permaneceu por 90 dias, para descanso. Com base nos resultados, pode-se observar que a produção de etanol nas condições operacionais do ponto central da matriz de planejamento, foi a mais adequada, alcançando um teor alcoólico de 70,66g/L (8,98ºGL). Pela superfície de resposta e o diagrama de Pareto verificou-se uma influência significativa das duas variáveis de entrada sobre a produtividade, sendo que a concentração de levedura exerceu maior influência. Por fim, a aguardente de abacaxi apresentou características físico-químicas dentro dos parâmetros exigidos pela legislação vigente, com exceção do cobre. Portanto, foi possível comprovar a viabilidade técnica do uso de abacaxi como matéria-prima na elaboração de aguardente como uma excelente alternativa de aproveitamento dos excedentes de safra, contribuindo para o crescimento da agroindústria e colaborando para melhores condições de emprego e renda nas propriedades rurais, principalmente no Estado da Paraíba. / Paraíba is the largest producer of pineapple in Brazil , this being one of the most prized tropical fruits , due to its characteristic flavor and aroma. The requirements set by the market in nature are among the causes of wasted fruit , discarding those that are out of profile required by the consumer . Thus the objective of this research was to use the pineapple as a feedstock for production of spirits from fruit. The alcoholic fermentation was conducted in a batch system, and evaluated the cell concentration (X), soluble solids concentration (S) and ethanol concentration (P) during fermentation for the kinetic study through experiments in the factorial design. Using 22 factorial design and response surface analysis evaluated the influence of concentrations of soluble solids and yeast in the fermentation process, on the responses ( % conversion, productivity, Yx\s and Yx\p) . The alcoholic fermentation was distilled in copper stills and stored in barrel freijó where he remained for 90 days of rest . Based on the results , it can be seen that ethanol production in the operating conditions of the center point of the planning matrix , was optimal , achieving an alcohol content of 70.66 g / L ( 8.98 ° GL ) . The response surface and the Pareto diagram there was a significant influence of the two input variables on productivity, whereas the concentration of yeast had greater influence. Finally, brandy pineapple presented physicochemical characteristics within the parameters required by law, with the exception of copper. Therefore, it was possible to prove the technical feasibility of using pineapple as a feedstock in the production of spirits as an excellent alternative use of surplus crop, contributing to the growth of agribusiness and helping to better conditions of employment and income in rural properties, mainly in the state of Paraíba

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2364.pdf: 1102875 bytes, checksum: b267e8f11265cae314ce120c5c408adf (MD5) Previous issue date: 2008-10-30 / The yield ethanol (hP) is one of the most important parameters to be evaluated in the industrial process of alcohol fermentation. Because most plants neither present a reasonable level of automation, nor perform frequent analytical measures during the batch, the hP is currently calculated by methodology based on by-products formed in the process. Such calculation is questioned as to its accuracy because it almost always presents high values of hP. Still, with regard to the process of alcohol fermentation, the kinetic modeling of the fermentation process has been studied extensively. However, the proposed models have not properly represented the industrial process in which the fermenter initially containing the inoculum ( preculture ) is fed with a flow of wort (feeding culture medium) until its filling, following the fermentation, in batch, until the substrate exhaustion. The aim of the present study is propose a new methodology for calculating the yield ethanol (hP) based on material balances. The hP results obtained in the pilot plant (80.5 to 87.9%) and industrial plant (84.2 and 92.1%) presented by the new method tracks near values. However, values of hP obtained by the present methodology were lower than those obtained by the traditional by-products method, currently used by almost all sugar and alcohol mills. Still, a kinetic model was proposed to describe the conventional process of fermentation considering the existence of two cellular performances during the process, with regard to the consumption of substrate and to the production of ethanol. The model properly described the performance of the concentration of cells (CX), substrate (CS) and ethanol (CP) over all cultures, showing that the assumptions considered when preparing the model were concerned about the reality of the phenomenon observed. Finally, estimated values of kinetic parameters of the proposed model showed little variation in different cultures as well as values within a range of literature. / O rendimento em etanol (hP) é um dos parâmetros mais importantes a ser avaliado no processo industrial de fermentação alcoólica. Devido ao fato da maioria das usinas não apresentar um nível de automação razoável, nem realizar medidas analíticas freqüentes durante as bateladas, o hP é atualmente calculado por metodologia baseada nos subprodutos formados no processo, cálculo questionado quanto a sua precisão, pois gera quase sempre altos valores de hP. Ainda, no que diz respeito ao processo de fermentação alcoólica, a modelagem cinética do processo fermentativo tem sido estudada extensivamente. No entanto, os modelos propostos não têm representado adequadamente o processo industrial no qual a dorna inicialmente contendo o inóculo ( pé de cuba ) é alimentada com uma vazão de mosto até seu enchimento, seguindo a fermentação, em batelada, até o término do substrato. O presente trabalho teve como objetivo principal a proposta de uma nova metodologia de cálculo do rendimento em etanol (hP) com base nos princípios de balanço material. Os resultados de hP obtidos na planta piloto (80,5 a 87,9%) e na industrial (84,2 e 92,1%) pela nova metodologia apresentaram faixas próximas de valores. No entanto, estes valores obtidos de hP foram inferiores àqueles obtidos pela metodologia tradicional por subprodutos, utilizada atualmente pela quase totalidade das usinas de açúcar e álcool. Ainda, foi proposto um modelo cinético para descrever o processo convencional de fermentação alcoólica considerando a existência de dois comportamentos celulares ao longo do processo, no que diz respeito ao consumo de substrato e à produção de etanol. O modelo descreveu adequadamente os comportamentos das concentrações de células (CX), substrato (CS) e de etanol (CP) ao longo de todos os cultivos, mostrando que as hipóteses consideradas na elaboração do modelo foram pertinentes quanto à realidade do fenômeno observado. Por fim, os coeficientes cinéticos estimados do modelo proposto apresentaram uma pequena variação nos diferentes cultivos, bem como valores dentro de uma faixa de literatura.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This work presents as objective to study the simultaneous influence of pH, temperature and sulphite concentration on situations comprising stress situations for the yeast on the alcoholic fermentation by the use of a central composite design (CCD). The yeast Saccharomyces cerevisiae Y-940 was used and the experiments were carried out in a temperature and agitation controlled mixture reactor with a useful volume of 2L. The conditions defined on the CCD were: temperature ranging from 21.5 to 48.5ºC, pH ranging from 1.5 to 5.5 and sulphite concentration ranging from 0 to 345mg/L. The fermentations were accompanied throughout time by sucrose, ethanol, glycerol and cells concentrations and, by the end of 12 hours, cell viability and trehalose concentration were determined as well. From the obtained data, cell viability, the final amount of intracellular trehalose, ethanol yield and productivity and glycerol yield were analyzed as responses. The variables values that maximized the cell viability were temperature ranging from 21.5 to 31ºC, pH ranging from 3.2 to 4.2 and sulphite concentration from 0 to 45mg/L. For the final amount of trehalose, the temperature interval that maximized the response ranged from 23.5 to 38ºC, the pH ranging from 3.5 to 4.6 and the sulphite concentration ranging from 0 to 90mg/L. To achieve the maximum ethanol yield (g/g), the temperature ranged from 32.5 to 39ºC, the pH ranged from 3.5 to 4.3 and the sulphite concentration from 0 to 90 mg/L. The ethanol maximum productivity (g/L.h) was attained in a temperature of 33.5ºC, in a pH of 3.9 and in absence of sulphite. The conditions for a maximum glycerol yield were: 48.5ºC, pH of 5.5 and a sulphite concentration of 345 mg/L. With the objective of investigating the sulphite effect on fermentation with a greater level of detail, additional experiments were conducted by adopting conditions that allowed to evaluate the isolated effect of sulphite on fermentations, allowing to reach the conclusion that greater sulphite concentrations generates a high glycerol yield and lowers ethanol productivity and cell viability. The fermentation kinetic at the point defined as optimal by analyzing the CCD responses was well adjusted to the model proposed by Ghose and Thiagy. The found &#956;max parameter was 0,15h-1, Ks of 3,31g/L, Ki of 135,87g/L and a Pm of 84,23g/L. / O presente trabalho teve como objetivo estudar a influência conjunta do pH, temperatura e concentração de sulfito em condições que englobaram situações de estresse para levedura na fermentação alcoólica, utilizando um planejamento composto central (PCC). Foi utilizada a levedura Saccharomyces cerevisiae Y-940, sendo os ensaios conduzidos em um reator de mistura com volume útil de 2L, com controles de temperatura e agitação. As condições definidas pelo PCC foram: temperatura na faixa de 21,5 a 48,5°C; pH de 1,5 a 5,5 e a concentração de sulfito de 0 a 345 mg/L. As fermentações foram acompanhadas ao longo do tempo pelas medidas de concentrações de sacarose, etanol, glicerol e células e, ao final de 12h, foram determinadas, também, a viabilidade celular e a concentração de trealose, sendo analisadas como respostas a viabilidade celular, a quantidade final de trealose intracelular, o rendimento e produtividade de etanol e rendimento em glicerol. As faixas das variáveis que maximizaram a viabilidade celular foi temperatura de 21,5 a 31ºC, de pH de 3,2 a 4,3, e concentração de sulfito de 0 a 45 mg/L. Para a quantidade final de trealose, o intervalo da temperatura que maximizou a resposta foi de 23,5 a 38ºC, o pH, de 3,5 a 4,6 e a concentração de sulfito, de 0 até 90mg/L. Para atingir o máximo rendimento em etanol (g/g) a faixa de temperatura foi de 32,5 a 39°C, o pH de 3,5 a 4,3 e a concentração de sulfito de 0 a 90mg/L. A máxima produtividade de etanol (g/L.h) foi obtida nas condições de temperatura de 33,5ºC, pH de 3,9 e na ausência de sulfito. As condições para o máximo rendimento de glicerol foram: temperatura de 48,5°C, pH 5,5 e concentração de sulfito 345mg/L. Com o objetivo de se investigar mais detalhadamente o efeito do sulfito na fermentação foram realizados experimentos complementares, adotando-se condições que permitiram avaliar o efeito isolado do sulfito na fermentação e concluiu-se que maiores concentrações de sulfito no meio geram maior rendimento em glicerol e menores produtividade de etanol e viabilidade celular. A cinética da fermentação no ponto definido como ótimo pelas análises das repostas do PCC se ajustou bem ao modelo proposto por Ghose e Thiagy. O parâmetro &#956;max encontrado foi de 0,15h-1, Ks de 3,31g/L, Ki de 135,87g/L e o Pm de 84,23g/L. / Mestre em Engenharia Química

Neste trabalho foi avaliada a possibilidade do emprego de caldo de cana-de-açúcar (Saccharum officinarum) como matéria-prima para obtenção de 2,3-butanodiol por fermentação, utilizando a bactéria Klebsiella pneumoniae NRRL B199. A pesquisa compreendeu o teste de diferentes nutrientes para a composição de um meio de fermentação eficiente com o caldo de cana e experimentos em que a influência da concentração inicial de sacarose (S0) sobre o processo em regime descontínuo foi estudada. Ensaios realizados em frascos agitados, com S0 entre 140 e 150 g/L, mostraram que a fermentação de caldo de cana clarificado não suplementado com nutrientes não é viável. Por outro lado, a adição de 5,0 a 10,0 g/L de fosfato de amônio ao caldo levou a concentrações finais de 2,3-butanodiol de até 64 g/L e rendimentos, em relação ao máximo teórico, da ordem de 81% em cerca de 38 horas. Estes resultados se aproximam daqueles alcançados na fermentação do caldo enriquecido com vários nutrientes, usado como referência, na qual foram produzidos 66,7 g/L de diol com um rendimento de 85,6%. A utilização de concentrações de fosfato de amônio de até 4,0 g/L resultou em fermentações incompletas. A cinética da fermentação foi estudada com o caldo diluído a, aproximadamente, 180 g/L de sacarose e suplementado com 8,0 g/L de fosfato de amônio e, também, com o meio rico, em regime descontínuo em fermentador de bancada. Foram obtidos, nestes ensaios, concentrações de butanodiol de 71,7 e 71,1 g/L, rendimentos de 78,0 e 74,1 %, produtividades de 2,1 e 2,0 g/Lh e tempos de fermentação de 34,5 e 35,7 horas, respectivamente. A principal diferença foi observada na concentração de biomassa que atingiu 9,1 g/L, no meio com fosfato, e 11,8 g/L no meio rico. As máximas velocidades específicas de crescimento (&#181;x, m), 0,61 e 0,45 h-1, observadas com oxigênio dissolvido acima de zero, indicam que o crescimento celular, no meio rico, foi inibido pela alta concentração de nutrientes. Na seqüência das fermentações, com concentrações nulas de oxigênio dissolvido, a produção de diol foi iniciada e as máximas velocidades específicas de formação de produto (&#181;P,m), 0,53 h-1 com fosfato de amônio e 0,45 h-1 com o meio rico, foram atingidas, sugerindo que altas concentrações de nutrientes afetam, também, a formação de produto. Nos dois ensaios foi observada a ocorrência de uma fase estacionária de crescimento que, no caso do meio contendo fosfato de amônio, teve uma duração 12 horas mais longa devido a um insuficiente suprimento de oxigênio ou do esgotamento de algum nutriente. Neste ponto, foi verificada uma queda das velocidades específicas de formação de produto (&#181;P). Com o caldo diluído a cerca de 20 g/L de sacarose e 8,0 g/L de fosfato de amônio, a fermentação transcorreu em um tempo muito longo (23,5 horas) para a baixa concentração de sacarose empregada. Com S0 semelhante e o meio rico, o tempo de processo foi de apenas 6,5 h, o que demonstra que, no primeiro caso, ocorreu uma diluição excessiva dos nutrientes naturalmente presentes no caldo. O estudo do efeito da concentração inicial de sacarose sobre a fermentação, conduzido em fermentador de bancada e com o meio rico em nutrientes, mostrou que este parâmetro influencia fortemente o crescimento celular e a produção de 2,3-butanodiol. O aumento de S0 levou a valores decrescentes dos fatores de conversão de substrato em células, enquanto os rendimentos em diol aumentaram com S0 até 152 g/L. Valores crescentes de S0 provocaram uma inibição do crescimento celular, evidenciada pela diminuição de &#181;x,m de 0,91 a 0,45 h-1, com S0 entre 24 e 181 g/L. Valores aproximadamente constantes de &#181;P,m (0,62 a 0,68 h-1) foram observados com S0 até 152 g/L, enquanto uma queda acentuada foi verificada com S0=181 g/L (&#181;P,m=0,45 h-1). As máximas produtividades (3,2 g/Lh) foram obtidas com valores de S0 de 105 e 152 g/L. Os dados gerados neste trabalho permitem concluir que caldo de cana-de-açúcar é uma matéria-prima adequada para a produção de 2,3-butanodiol por Klebsiella pneumoniae. / The use of sugar cane (Saccharum officinarum) juice, as raw material for the fermentative production of 2,3-butanediol by Klebsiella pneumoniae NRRL B199, was evaluated in this work. The research was focused on testing different nutrients to formulate an efficient fermentation medium with the juice and some experiments to study the effect of the initial sucrose concentration (S0) on the batch process. Shaker flasks experiments with S0 between 140 and 150 g/L have shown that the fermentation of sugar cane juice without added nutrients is not viable. On the other hand, the addition of 5.0 to 10.0 g/L ammonium phosphate to the juice led, after 38 hours, to final 2,3-butanediol concentrations of 64 g/L, with yields of 81% of the theoretical maximum. These results are similar to those found in the fermentation of a reference medium composed of juice enriched with several nutrients in which 66.7 g/L butanediol and a yield of 85.6% were obtained. Ammonium phosphate concentrations up to 4.0 g/L resulted in incomplete fermentations. The fermentation kinetics was studied in a laboratory scale fermentor, with the sugar cane juice diluted to ca. 180 g/L sucrose. Both ammonium phosphate (8.0 g/L) and reference media were tested. In these experiments, after process times close to 35 hours, butanediol concentrations of 71.7 and 71.1 g/L, yields of 78.0 and 74.1 % , and productivities of 2.1 and 2.0 g/Lh, respectively, were obtained. The most important difference was the final biomass concentration that reached 9.1 g/L with the ammonium phosphate medium and 11.8 g/L with the rich medium. The maximum specific growth rates (&#181;x,m=0.61 and 0.45 h-1), measured with dissolved oxygen concentrations above zero, have indicated that cell growth in the rich medium was inhibited by high nutrient concentration. In the sequence, when the oxygen concentration was zero, butanediol production started and maximum specific production rates (&#181;P,m of 0.53 h-1 with the ammonium phosphate medium and 0.45 h-1 with the rich medium were reached. These values suggest that nutrient concentration in the rich medium also affects product formation. ln both runs, a stationary growth phase was noticed. In the experiment with the ammonium phosphate medium, the stationary phase was 12 hours longer due to the insufficient oxygen supply rate or the shortage of some nutrient. At that moment, decreasing specific product formation rates (7#181;P) were observed. With the sugar cane juice diluted to approximately 20 g/L and 8.0 g/L ammonium phosphate, fermentation time was 23.5 hours, too long to such sucrose concentration. With similar S0 and the rich medium, fermentation time was reduced to 6.5 hours. That shows that, in the first case, natural nutrients of the juice were excessively diluted. The study on the effect of the initial sucrose concentration on the process, performed in a laboratory fermentor with the rich medium, has shown that this parameter strongly affects both cell growth and 2,3-butanediol production. Increasing S0 led to decreasing cell yields and, for S0 up to 152 g/L, diol yields increased. Cell growth inhibition was stronger as higher sucrose concentrations were used. This is evidenced by the values of &#181;x,m that decreased from 0.91 to 0.45 h-1 as S0 was augmented from 24 to 181 g/L. Approximately constant &#181;P,m (0.62 to 0.68 h-1) were observed with S0 up to 152 g/L. With S0=181 g/L, &#181;P,m is reduced to 0.45 h-1 . The maximum productivities (3.2 g/Lh) were obtained with S0 between 105 and 152 g/L. From the results of this work, one can conclude that sugar cane juice is a suitable raw material for the production of 2,3-butanediol by Klebsiella pneumoniae.

Neste trabalho foi avaliada a possibilidade do emprego de caldo de cana-de-açúcar (Saccharum officinarum) como matéria-prima para obtenção de 2,3-butanodiol por fermentação, utilizando a bactéria Klebsiella pneumoniae NRRL B199. A pesquisa compreendeu o teste de diferentes nutrientes para a composição de um meio de fermentação eficiente com o caldo de cana e experimentos em que a influência da concentração inicial de sacarose (S0) sobre o processo em regime descontínuo foi estudada. Ensaios realizados em frascos agitados, com S0 entre 140 e 150 g/L, mostraram que a fermentação de caldo de cana clarificado não suplementado com nutrientes não é viável. Por outro lado, a adição de 5,0 a 10,0 g/L de fosfato de amônio ao caldo levou a concentrações finais de 2,3-butanodiol de até 64 g/L e rendimentos, em relação ao máximo teórico, da ordem de 81% em cerca de 38 horas. Estes resultados se aproximam daqueles alcançados na fermentação do caldo enriquecido com vários nutrientes, usado como referência, na qual foram produzidos 66,7 g/L de diol com um rendimento de 85,6%. A utilização de concentrações de fosfato de amônio de até 4,0 g/L resultou em fermentações incompletas. A cinética da fermentação foi estudada com o caldo diluído a, aproximadamente, 180 g/L de sacarose e suplementado com 8,0 g/L de fosfato de amônio e, também, com o meio rico, em regime descontínuo em fermentador de bancada. Foram obtidos, nestes ensaios, concentrações de butanodiol de 71,7 e 71,1 g/L, rendimentos de 78,0 e 74,1 %, produtividades de 2,1 e 2,0 g/Lh e tempos de fermentação de 34,5 e 35,7 horas, respectivamente. A principal diferença foi observada na concentração de biomassa que atingiu 9,1 g/L, no meio com fosfato, e 11,8 g/L no meio rico. As máximas velocidades específicas de crescimento (&#181;x, m), 0,61 e 0,45 h-1, observadas com oxigênio dissolvido acima de zero, indicam que o crescimento celular, no meio rico, foi inibido pela alta concentração de nutrientes. Na seqüência das fermentações, com concentrações nulas de oxigênio dissolvido, a produção de diol foi iniciada e as máximas velocidades específicas de formação de produto (&#181;P,m), 0,53 h-1 com fosfato de amônio e 0,45 h-1 com o meio rico, foram atingidas, sugerindo que altas concentrações de nutrientes afetam, também, a formação de produto. Nos dois ensaios foi observada a ocorrência de uma fase estacionária de crescimento que, no caso do meio contendo fosfato de amônio, teve uma duração 12 horas mais longa devido a um insuficiente suprimento de oxigênio ou do esgotamento de algum nutriente. Neste ponto, foi verificada uma queda das velocidades específicas de formação de produto (&#181;P). Com o caldo diluído a cerca de 20 g/L de sacarose e 8,0 g/L de fosfato de amônio, a fermentação transcorreu em um tempo muito longo (23,5 horas) para a baixa concentração de sacarose empregada. Com S0 semelhante e o meio rico, o tempo de processo foi de apenas 6,5 h, o que demonstra que, no primeiro caso, ocorreu uma diluição excessiva dos nutrientes naturalmente presentes no caldo. O estudo do efeito da concentração inicial de sacarose sobre a fermentação, conduzido em fermentador de bancada e com o meio rico em nutrientes, mostrou que este parâmetro influencia fortemente o crescimento celular e a produção de 2,3-butanodiol. O aumento de S0 levou a valores decrescentes dos fatores de conversão de substrato em células, enquanto os rendimentos em diol aumentaram com S0 até 152 g/L. Valores crescentes de S0 provocaram uma inibição do crescimento celular, evidenciada pela diminuição de &#181;x,m de 0,91 a 0,45 h-1, com S0 entre 24 e 181 g/L. Valores aproximadamente constantes de &#181;P,m (0,62 a 0,68 h-1) foram observados com S0 até 152 g/L, enquanto uma queda acentuada foi verificada com S0=181 g/L (&#181;P,m=0,45 h-1). As máximas produtividades (3,2 g/Lh) foram obtidas com valores de S0 de 105 e 152 g/L. Os dados gerados neste trabalho permitem concluir que caldo de cana-de-açúcar é uma matéria-prima adequada para a produção de 2,3-butanodiol por Klebsiella pneumoniae. / The use of sugar cane (Saccharum officinarum) juice, as raw material for the fermentative production of 2,3-butanediol by Klebsiella pneumoniae NRRL B199, was evaluated in this work. The research was focused on testing different nutrients to formulate an efficient fermentation medium with the juice and some experiments to study the effect of the initial sucrose concentration (S0) on the batch process. Shaker flasks experiments with S0 between 140 and 150 g/L have shown that the fermentation of sugar cane juice without added nutrients is not viable. On the other hand, the addition of 5.0 to 10.0 g/L ammonium phosphate to the juice led, after 38 hours, to final 2,3-butanediol concentrations of 64 g/L, with yields of 81% of the theoretical maximum. These results are similar to those found in the fermentation of a reference medium composed of juice enriched with several nutrients in which 66.7 g/L butanediol and a yield of 85.6% were obtained. Ammonium phosphate concentrations up to 4.0 g/L resulted in incomplete fermentations. The fermentation kinetics was studied in a laboratory scale fermentor, with the sugar cane juice diluted to ca. 180 g/L sucrose. Both ammonium phosphate (8.0 g/L) and reference media were tested. In these experiments, after process times close to 35 hours, butanediol concentrations of 71.7 and 71.1 g/L, yields of 78.0 and 74.1 % , and productivities of 2.1 and 2.0 g/Lh, respectively, were obtained. The most important difference was the final biomass concentration that reached 9.1 g/L with the ammonium phosphate medium and 11.8 g/L with the rich medium. The maximum specific growth rates (&#181;x,m=0.61 and 0.45 h-1), measured with dissolved oxygen concentrations above zero, have indicated that cell growth in the rich medium was inhibited by high nutrient concentration. In the sequence, when the oxygen concentration was zero, butanediol production started and maximum specific production rates (&#181;P,m of 0.53 h-1 with the ammonium phosphate medium and 0.45 h-1 with the rich medium were reached. These values suggest that nutrient concentration in the rich medium also affects product formation. ln both runs, a stationary growth phase was noticed. In the experiment with the ammonium phosphate medium, the stationary phase was 12 hours longer due to the insufficient oxygen supply rate or the shortage of some nutrient. At that moment, decreasing specific product formation rates (7#181;P) were observed. With the sugar cane juice diluted to approximately 20 g/L and 8.0 g/L ammonium phosphate, fermentation time was 23.5 hours, too long to such sucrose concentration. With similar S0 and the rich medium, fermentation time was reduced to 6.5 hours. That shows that, in the first case, natural nutrients of the juice were excessively diluted. The study on the effect of the initial sucrose concentration on the process, performed in a laboratory fermentor with the rich medium, has shown that this parameter strongly affects both cell growth and 2,3-butanediol production. Increasing S0 led to decreasing cell yields and, for S0 up to 152 g/L, diol yields increased. Cell growth inhibition was stronger as higher sucrose concentrations were used. This is evidenced by the values of &#181;x,m that decreased from 0.91 to 0.45 h-1 as S0 was augmented from 24 to 181 g/L. Approximately constant &#181;P,m (0.62 to 0.68 h-1) were observed with S0 up to 152 g/L. With S0=181 g/L, &#181;P,m is reduced to 0.45 h-1 . The maximum productivities (3.2 g/Lh) were obtained with S0 between 105 and 152 g/L. From the results of this work, one can conclude that sugar cane juice is a suitable raw material for the production of 2,3-butanediol by Klebsiella pneumoniae.