Spirulina (Arthrospira) platensis (Cyanophyceae) é uma cianobactéria de grande potencial econômico para a produção de proteínas, principalmente. A utilização simultânea de duas fontes de nitrogênio no cultivo deste microrganismo pode aumentar a quantidade final de biomassa produzida e possibilitar resultados interessantes do ponto de vista de processo de produção. Esta pesquisa teve como principal objetivo verificar o efeito da adição de nitrato de potássio (KNO3) em cultivos de S. platensis realizados com cloreto de amônio (NH4Cl). Através da utilização de planejamento fatorial completo (22 mais configuração estrela), foram verificadas proporções de concentrações iniciais de KNO3 e totais de NH4Cl que variaram de 5,10 a 24,9 mmol · L-1. Foram realizados oito cultivos experimentais e seis cultivos de ponto central, com a utilização de processo descontínuo alimentado e vazões exponencialmente crescentes de adição do sal de amônio. As variáveis independentes (quantidade das fontes de nitrogênio) foram avaliadas simultaneamente através de metodologia de superfície de resposta (regressão multivariável) quanto a sua influência nas variáveis dependentes: concentração celular máxima (Xm), expressa em massa seca por litro de meio, produtividade em células (PX) e fator de conversão de nitrogênio em células (YX/N). A otimização dos cultivos em relação à concentração celular resultou nos seguintes valores: KNO3 = 15,4 mmol · L-1 e NH4Cl = 14,1 mmol · L-1, com Xm esperado de 4450 mg · L-1. O maior valor de concentração celular obtido sob essas condições foi de 4327 mg · L-1, valor este equivalente ao obtido em cultivo de referência para KNO3 (KNO3 = 25,4 mmol · L-1; 4318 mg · L-1) e superior ao obtido em cultivo de referência para NH4Cl (NH4Cl = 21,5 mmol · L-1; 2125 mg · L-1). Concluiu-se que a adição de KNO3 em cultivos com NH4Cl contribuiu para que não houvesse deficiência de nitrogênio no decorrer dos cultivos, proporcionando maiores valores finais de biomassa, com maior conteúdo de clorofila, lipídios e proteínas. A utilização de NH4Cl permitiu a redução dos custos com o meio de cultura, tornando cultivos com associação de tais fontes de nitrogênio uma alternativa vantajosa para a produção desta cianobactéria. / Spirulina (Arthrospira) platensis (Cyanophyceae) is a cyanobacterium which has a great economic potential to protein production, particularly. The simultaneous use of two nitrogen sources can increase the final amount of produced biomass and provide interesting results from the production process point of view. This research had as main goal to evaluate the effect of potassium nitrate (KNO3) addition to S. platensis cultures performed with ammonium chloride (NH4Cl). Through the use of full factorial design (22 plus star configuration), proportions of initial KNO3 and total NH4Cl concentrations, which varied from 5.10 to 24.9 mmol · L-1, were validated. Eight experimental cultures and six central point cultures were carried out using fed-batch process and exponentially-increasing ammonium salt feeding rates. The independent variables (nitrogen sources amount) were simultaneously assessed by response surface methodology (multivariable regression) as to their influence on dependent variables: maximum cell concentration (Xm), expressed in dry mass per liter of medium, cell productivity (PX) and conversion yield of nitrogen to biomass (YX/N). The cultures optimization regarding cell concentration resulted in the following values: KNO3 = 15.4 mmol · L-1 and NH4Cl = 14.1 mmol · L-1, with an expected Xm of 4450 mg · L-1. The highest cell concentration value obtained under these conditions was 4327 mg · L-1, which is comparable to the cell concentration obtained in KNO3 reference culture (KNO3 = 25.4 mmol · L-1; 4318 mg · L-1) and superior to the one obtained in NH4Cl reference culture (NH4Cl = 21.5 mmol · L-1; 2125 mg · L-1). It was drawn that the addition of KNO3 to NH4Cl cultures contributed to avoid nitrogen deficiency during cultivation, providing higher final biomass values with higher chlorophyll, lipid and protein contents. The utilization of NH4Cl allowed the reduction of culture medium costs, turning cultures developed with such nitrogen sources association into an advantageous alternative to the production of this cyanobacterium.

A cianobactéria fotossintetizante Arthrospira platensis é conhecida por apresentar em sua biomassa altos teores protéicos (50-70%), presença do ácido graxo essencial γ-linolênico e diversas outras substâncias importantes para a alimentação humana e animal. Esses micro-organismos são capazes de converter o CO2 em biomassa de grande potencial na área de alimentos. Durante a fermentação alcoólica, a produção de CO2 é da mesma ordem de grandeza da produção de etanol e, considerando a crescente demanda interna e externa por esse combustível, seria importante que houvesse um processo que fixasse esse CO2, transformando-o em um produto que poderia ser útil para a nossa população. Adicionalmente, o uso de uma fonte de nitrogênio de baixo custo (uréia) em reatores tubulares contribuiria para a redução do custo de produção da A. platensis. O objetivo desse trabalho foi avaliar os parâmetros cinéticos e bioenergéticos, bem como a composição centesimal da A. platensis cultivadas em biorreator tubular, alimentados com CO2 proveniente de fermentação alcoólica ou com utilização de CO2 puro, para o controle do pH, sob diferentes intensidades luminosas (I) e fontes de nitrogênio (N) adicionadas por meio de processo descontínuo alimentado. Os resultados mostraram que maiores valores de I proporcionaram maiores valores de concentração celular máxima (Xm) e produtividade em células (Px), mas não influenciaram nos valores do fator de conversão de nitrogênio em células (YX/N). As diferentes fontes de CO2 não influenciaram nos valores de Xm, Px, YX/N. O uso da uréia aumentou os valores de YX/N em relação aos cultivos com NO3-. Na composição centesimal, pode-se observar que I influenciou nos teores de clorofila, proteínas e lipídios, mas não influenciou nos teores de cinzas e carboidratos na biomassa final. Em relação aos parâmetros bioenergéticos dos cultivos com CO2 puro, observou-se que os maiores valores de dissipação de energia de Gibbs foram obtidos em tempos mais curtos a 120-240 µmol de fótons m-2 s-1, independentemente do N selecionado, enquanto que o número de moles de fótons absorvidos pelas células para produzir um C-mol de biomassa foi maior nas culturas com NO3-, independentemente do I. As frações da energia direcionada para a síntese de ATP e fixada pela célula foram superiores em culturas com uréia quando comparadas com as culturas com NO3-, que se revelou uma fonte de nitrogênio capaz de sustentar o crescimento energicamente da A. platensis. / Photosynthetic cyanobacterium A. platensis contains in its biomass high protein content (50-70%), γ-linolenic acid and many other substances important for health human. These microorganisms are capable of converting CO2 into biomass of great potential in the food industry. During the alcoholic fermentation, the production of CO2 has the same magnitude of the production of ethanol. Considering the increasingly global demand for this fuel, a process to fix this CO2 is of utmost importance. Furthermore, the use of low cost nitrogen source (urea) in tubular reactors would contribute to reducing the production cost of A. platensis. Therefore, the purpose of this work was to evaluate the kinetic and bioenergetics parameters, as well as the chemical composition of biomass obtained in A. platensis cultures in tubular bioreactor using CO2 from alcoholic fermentation or pure CO2 to control the pH under different light intensity (I) and nitrogen sources (N). The results showed that higher I induced higher maximum cell concentration (Xm) and cell productivity (Px) values, but it did not exert any influence on the nitrogen-cell conversion factor (YX/N). Urea increased the YX/N values compared to use of NO3-. In the centesimal composition of biomass, it can be observed that I influenced the chlorophyll, protein, and lipid contents, but not influenced the carbohydrate and ash contents. For bioenergetics parameters, it was observed that the highest Gibbs energy dissipation values for cell growth and maintenance were obtained in shorter time at 120-240 mol photons m-2 s-1 in both nitrogen sources, while the moles of photons absorbed by the system to produce one C-mol biomass was higher in cultures with NO3-. The highest values of the molar production of O2 and consumption of H+ were obtained at the highest I values, using NO3-. The estimated percentages of the energy absorbed by the cell showed that, compared with nitrate, the use of urea as nitrogen source allowed the system to address higher fractions to ATP production and light fixation by the photosynthetic apparatus, as well as a lower fraction released as heat. Thanks to this better bioenergetic situation, urea appears to be a quite promising low-cost, alternative nitrogen source for A. platensis cultures in photobioreactors.

Os biolubrificantes têm incrementado progressivamente a sua importância sobre os lubrificantes derivados do petróleo devido às rigorosas regulamentações governamentais, o esgotamento das reservas de petróleo e especialmente pelo alto impacto e efeito tóxico dos óleos petroquímicos no ambiente. Os ésteres de óleos naturais podem ser usados como biolubrificantes e são obtidos por transesterificação dos triacilgliceróis com álcoois superiores. A transesterificação enzimática de óleos com álcoois metílico e etílico é um processo muito estudado para a produção de biodiesel, porém outros ésteres podem ser obtidos a partir de aceptores de acila de tamanho de cadeias carbônicas maiores, tais como os álcoois butílico e isoamílico ou misturas de diversos álcoois como o subproduto resultante destilação do bioetanol (óleo fúsel). Neste contexto, o presente trabalho de tese teve como objetivo a obtenção de ésteres com potencial lubrificante por transesterificação enzimática de óleo de palmiste com álcoois superiores. Os ensaios foram efetuados em regime descontínuo (reator de tanque agitado) e em regime contínuo (reator de leito empacotado) utilizando como biocatalisadores as lipases de Burkholderia cepacia e Pseudomonas fluorescens imobilizadas em suportes híbridos de SiO2-?CD e SiO2-HEC numa temperatura fixa de 45°C. Foram testados os efeitos da razão molar óleo: álcool etílico, butílico, isoamílico e óleo fúsel simulado (mistura de álcoois) (1:4 a 1:12), tempos de reação em batelada (24h a 72h) e tempos espaciais em fluxo contínuo (4 a 14h) na conversão, produtividade e a qualidade dos ésteres. Os resultados mostraram bom desempenho das lipases e conversões totais foram alcançadas. No entanto, foi possível observar o efeito do tamanho da cadeia do aceptor de acila, no excesso requerido e no tempo de reação, obtendo-se os melhores resultados para o processo descontínuo com razões molares de 1:6 e 72h para álcool etílico, 1:6 e 48h para ésteres butílicos, 1:4 e 48h para álcool isomílico e óleo fúsel simulado. No processo contínuo, o melhor desempenho foi determinado para razões molares de 1:8 e tempo espacial de 10h para etanol, 1:6 e 8h para butanol, 1:4 com 6h e 8h para isoamílico e óleo fúsel simulado, respectivamente. Em termos gerais, produtividades mais elevadas foram atingidas em regime de fluxo contínuo e especificamente com álcool de isoamila e óleo fúsel (111,10 e 130,18 mg de éster.gcatalisador-1.h-1). Com relação à qualidade dos produtos obtidos nas reações que forneceram elevadas conversões foi constatado baixos teores de monoacilgliceróis (<=1%) e ausência de diacilgliceróis. As viscosidades cinemáticas a 40 °C, confirmaram o elevado grau de transesterificação do óleo de palmiste modificando a viscosidade inicial do óleo de 30,13 mm2.s-1 para valores na faixa entre 3 a 6 mm2.s-1. O índice de viscosidade variou entre 114 e 150 e a estabilidade oxidativa (período de indução) entre 22 e 37 min (9 e 20 h, método Rancimat). Os resultados obtidos foram bastante satisfatórios e contribuíram para o estabelecimento de condições reacionais e operacionais para a produção enzimática de ésteres com potencial uso como lubrificantes, tanto em regime descontínuo como contínuo utilizando óleo de palmiste e álcoois e misturas de álcoois superiores. / Biolubricants have progressively increased their importance on oil-based lubricants due to stringent government regulations, the depletion of oil reserves and especially the high impact and toxic effect of petrochemical oils on the environment. Natural fatty acid alkyl esters can be used as biolubricants and are obtained by transesterification of triacylglycerols with higher alcohols. The enzymatic transesterification of oils with methyl and ethyl alcohols is a much-studied process for the production of biodiesel. However, other esters may be obtained using higher chain acyl acceptors such as butyl and isoamyl alcohols or mixtures thereof as the fusel oil, resulting from the production of bioethanol. In this context, the present thesis aimed to obtain esters with lubricating potential by enzymatic transesterification of palm kernel oil with higher alcohols. Transesterification runs were performed under batch mode (stirred reactor) and continuous flow (packed bed reactor) using as biocatalysts the lipases from Burkholderia cepacia and Pseudomonas fluorescens immobilized on hybrid matrixes SiO2-?CD and SiO2-HEC at 45 °C. The effects of oil to ethyl, butyl, isoamyl alcohol and synthetic fusel oil (1: 4 to 1:12) molar ratios, batch reaction times (24h to 72h) and special times (4 to 14 h) were tested in the conversion, productivity and quality of final esters. The results showed good lipase performance and 100% bulk conversions were achieved. However, it was possible to observe the effect of the acyl acceptor chain on the required excess and on the reaction time, obtaining the best results for batch process with molar ratios of 1: 6 and 72 h for ethyl alcohol, 1: 6 and 48 h for butyl, 1: 4 and 48 h for isoamyl alcohol and synthetic fusel oil. In general terms, better productivities were obtained under continuous flow, particularly with isoamyl alcohol and fusel oil (111.10 and 130.18 mg of ester.g catalyst-1.h-1). Regarding the product quality, low monoacylglycerol contents (<=1% ) and absence of diacylglycerols were found in products obtained under the best reaction conditions. The kinematic viscosities at 40 °C confirmed the high degree of transesterification of palm kernel oil by modifying its initial viscosity from 30.13 mm2 s -1 to a value in the range of 3 to 6 mm2 s -1, the viscosity index between 114 and 150 and an oxidative stability (induction period) between 22 and 37 min (9 and 20 h, Rancimat method). The results obtained were very satisfactory and contributed to the establishment of reactional and operational conditions for the enzymatic production of esters with potential use as lubricants both in discontinuous and continuous flow mode using palm kernel oil and alcohols and mixtures of higher alcohols.

A cianobactéria fotossintetizante Arthrospira platensis é conhecida por apresentar em sua biomassa altos teores protéicos (50-70%), presença do ácido graxo essencial &#947;-linolênico e diversas outras substâncias importantes para a alimentação humana e animal. Esses micro-organismos são capazes de converter o CO2 em biomassa de grande potencial na área de alimentos. Durante a fermentação alcoólica, a produção de CO2 é da mesma ordem de grandeza da produção de etanol e, considerando a crescente demanda interna e externa por esse combustível, seria importante que houvesse um processo que fixasse esse CO2, transformando-o em um produto que poderia ser útil para a nossa população. Adicionalmente, o uso de uma fonte de nitrogênio de baixo custo (uréia) em reatores tubulares contribuiria para a redução do custo de produção da A. platensis. O objetivo desse trabalho foi avaliar os parâmetros cinéticos e bioenergéticos, bem como a composição centesimal da A. platensis cultivadas em biorreator tubular, alimentados com CO2 proveniente de fermentação alcoólica ou com utilização de CO2 puro, para o controle do pH, sob diferentes intensidades luminosas (I) e fontes de nitrogênio (N) adicionadas por meio de processo descontínuo alimentado. Os resultados mostraram que maiores valores de I proporcionaram maiores valores de concentração celular máxima (Xm) e produtividade em células (Px), mas não influenciaram nos valores do fator de conversão de nitrogênio em células (YX/N). As diferentes fontes de CO2 não influenciaram nos valores de Xm, Px, YX/N. O uso da uréia aumentou os valores de YX/N em relação aos cultivos com NO3-. Na composição centesimal, pode-se observar que I influenciou nos teores de clorofila, proteínas e lipídios, mas não influenciou nos teores de cinzas e carboidratos na biomassa final. Em relação aos parâmetros bioenergéticos dos cultivos com CO2 puro, observou-se que os maiores valores de dissipação de energia de Gibbs foram obtidos em tempos mais curtos a 120-240 &#181;mol de fótons m-2 s-1, independentemente do N selecionado, enquanto que o número de moles de fótons absorvidos pelas células para produzir um C-mol de biomassa foi maior nas culturas com NO3-, independentemente do I. As frações da energia direcionada para a síntese de ATP e fixada pela célula foram superiores em culturas com uréia quando comparadas com as culturas com NO3-, que se revelou uma fonte de nitrogênio capaz de sustentar o crescimento energicamente da A. platensis. / Photosynthetic cyanobacterium A. platensis contains in its biomass high protein content (50-70%), &#947;-linolenic acid and many other substances important for health human. These microorganisms are capable of converting CO2 into biomass of great potential in the food industry. During the alcoholic fermentation, the production of CO2 has the same magnitude of the production of ethanol. Considering the increasingly global demand for this fuel, a process to fix this CO2 is of utmost importance. Furthermore, the use of low cost nitrogen source (urea) in tubular reactors would contribute to reducing the production cost of A. platensis. Therefore, the purpose of this work was to evaluate the kinetic and bioenergetics parameters, as well as the chemical composition of biomass obtained in A. platensis cultures in tubular bioreactor using CO2 from alcoholic fermentation or pure CO2 to control the pH under different light intensity (I) and nitrogen sources (N). The results showed that higher I induced higher maximum cell concentration (Xm) and cell productivity (Px) values, but it did not exert any influence on the nitrogen-cell conversion factor (YX/N). Urea increased the YX/N values compared to use of NO3-. In the centesimal composition of biomass, it can be observed that I influenced the chlorophyll, protein, and lipid contents, but not influenced the carbohydrate and ash contents. For bioenergetics parameters, it was observed that the highest Gibbs energy dissipation values for cell growth and maintenance were obtained in shorter time at 120-240 mol photons m-2 s-1 in both nitrogen sources, while the moles of photons absorbed by the system to produce one C-mol biomass was higher in cultures with NO3-. The highest values of the molar production of O2 and consumption of H+ were obtained at the highest I values, using NO3-. The estimated percentages of the energy absorbed by the cell showed that, compared with nitrate, the use of urea as nitrogen source allowed the system to address higher fractions to ATP production and light fixation by the photosynthetic apparatus, as well as a lower fraction released as heat. Thanks to this better bioenergetic situation, urea appears to be a quite promising low-cost, alternative nitrogen source for A. platensis cultures in photobioreactors.

A cianobactéria Arthrospira (Spirulina) platensis, uns dos microrganismos fotossintetizantes mais estudados e cultivados no planeta, tem uma composição particular de biomassa que inclui: elevado conteúdo de proteínas, ácidos graxos poliinsaturados, pigmentos naturais e outras substâncias de interesse nas indústrias alimentícia, farmacêutica e cosmética. Estudos recentes demonstram que devido a sua composição de biomassa, está sendo estudada para a extração de biocompostos e para a produção de biocombustíveis. O uso de fontes de nitrogênio de baixo custo, como a uréia, pode contribuir para a viabilização da produção deste microrganismo. A. platensis foi cultivada em fotobiorreatores tubulares fechados de capacidade de 3,5 L, com intensidade luminosa de 120 &#181;mol fótons.m-2.s-1 utilizando processo descontinuo alimentado com uréia como fonte de nitrogênio com adição intermitente. O planejamento experimental utilizado foi de modelo fatorial 22, acrescido dos pontos centrais, mais configuração estrela que permitiu avaliar o efeito das variáveis independentes temperatura (T) e vazão molar de alimentação diária de uréia (K). Os resultados foram avaliados com auxílio da metodologia de superfície de resposta que permitiu verificar, através da otimização simultânea das variáveis independentes, uma condição ótima de T = 32 °C e K = 1,16 mM.dia-1 para o crescimento de A. platensis durante 8 dias de cultivo, conseguindo-se nestas condições, concentração celular máxima de 4186 ± 39 mg.L-1, produtividade celular de 757 ± 8 mg.L-1.d-1 e fator de conversão de nitrogênio em células de 14,3 ± 0,1 mg.mg-1. Os valores de Xm obtidos experimentalmente correspondem a 0,4 % a menos do que os valores máximos estimados pelo modelo matemático. O teor de lipídeo da biomassa não foi influenciado pelas condições experimentais adotadas neste trabalho, sendo os valores obtidos dentro da faixa citada na literatura para este microrganismo (aproximadamente 7 %). O teor de proteína da biomassa foi dependente da temperatura e da vazão molar de alimentação diária de uréia. Para vazões molares de uréia até 0.717 mM. dia-1, o aumento da temperatura diminui o teor de proteínas na biomassa. Por outro lado, para valores de vazão de uréia maiores (&#8805; 0,883 mM.dia-1), o aumento da temperatura leva ao aumento do teor de proteínas na biomassa. O maior valor de teor de proteína obtido neste trabalho foi de 39,49 % (T = 33 ºC, K = 1,879 mM.dia-1). / The cyanobacterium Arthrospira (Spirulina) platensis, ones of the most studied and cultivated photosynthetic microorganisms in the planet, has a unique biomass composition that includes: high protein content, polyunsaturated fat acids, natural pigments and other substances of interest in food, pharmaceutical and cosmetic industries. Recent studies demonstrate that due to its biomass composition, it has being studied for biocomponents extraction and bio-fuels production. The use of low cost nitrogen sources, such as urea, can contribute to the viability of this microorganism production. A. platensis was cultivated in 3.5-liters closed tubular photobioreactors, under luminous intensity of 120 &#181;mol fótons.m-2.s-1, using fed-batch cultivation process with urea as nitrogen source, added intermittently. The utilized experimental design was one of a factorial model 22, increased of the central points and star configuration, which allowed evaluating the effect of the independent variables, such as temperature (T) and urea daily molar flow-rate (K). The results were evaluated with response surface methodology (RSM) that allowed verifying, through the simultaneous optimization of the independent variables, an optimum condition of T = 32 °C and K = 1.16 mM.dia-1 for the growth of A. platensis during 8 days of culture, obtaining maximum cellular concentration of 4186 ± 39 mg.L-1, cellular productivity of 757 ± 8 mg.L-1.d-1 and nitrogen-to-cells factor of 14.3 ± 0.1 mg.mg-1. The Xm values obtained experimentally corresponds to 0.4 % less than the maximum values estimated by the mathematical model. The biomass lipid content was not influenced by the experimental conditions adopted in this work, being the obtained values within the range mentioned in the literature for this microorganism (approximately 7 %). The biomass protein content was dependent of the temperature and urea molar flow-rate. For the latter parameter, values up to 0.717 mM.dia-1, the increase in temperature diminished biomass protein content. On the other hand, for higher urea molar flow-rate values (&#8805; 0,883 mM.dia-1), the increase of temperature leads to increase of biomass protein content. The highest value of biomass protein content obtained in this work was of 39.49 % (T = 33 ºC, K = 1.879 mM.dia-1).

Os biolubrificantes têm incrementado progressivamente a sua importância sobre os lubrificantes derivados do petróleo devido às rigorosas regulamentações governamentais, o esgotamento das reservas de petróleo e especialmente pelo alto impacto e efeito tóxico dos óleos petroquímicos no ambiente. Os ésteres de óleos naturais podem ser usados como biolubrificantes e são obtidos por transesterificação dos triacilgliceróis com álcoois superiores. A transesterificação enzimática de óleos com álcoois metílico e etílico é um processo muito estudado para a produção de biodiesel, porém outros ésteres podem ser obtidos a partir de aceptores de acila de tamanho de cadeias carbônicas maiores, tais como os álcoois butílico e isoamílico ou misturas de diversos álcoois como o subproduto resultante destilação do bioetanol (óleo fúsel). Neste contexto, o presente trabalho de tese teve como objetivo a obtenção de ésteres com potencial lubrificante por transesterificação enzimática de óleo de palmiste com álcoois superiores. Os ensaios foram efetuados em regime descontínuo (reator de tanque agitado) e em regime contínuo (reator de leito empacotado) utilizando como biocatalisadores as lipases de Burkholderia cepacia e Pseudomonas fluorescens imobilizadas em suportes híbridos de SiO2-?CD e SiO2-HEC numa temperatura fixa de 45°C. Foram testados os efeitos da razão molar óleo: álcool etílico, butílico, isoamílico e óleo fúsel simulado (mistura de álcoois) (1:4 a 1:12), tempos de reação em batelada (24h a 72h) e tempos espaciais em fluxo contínuo (4 a 14h) na conversão, produtividade e a qualidade dos ésteres. Os resultados mostraram bom desempenho das lipases e conversões totais foram alcançadas. No entanto, foi possível observar o efeito do tamanho da cadeia do aceptor de acila, no excesso requerido e no tempo de reação, obtendo-se os melhores resultados para o processo descontínuo com razões molares de 1:6 e 72h para álcool etílico, 1:6 e 48h para ésteres butílicos, 1:4 e 48h para álcool isomílico e óleo fúsel simulado. No processo contínuo, o melhor desempenho foi determinado para razões molares de 1:8 e tempo espacial de 10h para etanol, 1:6 e 8h para butanol, 1:4 com 6h e 8h para isoamílico e óleo fúsel simulado, respectivamente. Em termos gerais, produtividades mais elevadas foram atingidas em regime de fluxo contínuo e especificamente com álcool de isoamila e óleo fúsel (111,10 e 130,18 mg de éster.gcatalisador-1.h-1). Com relação à qualidade dos produtos obtidos nas reações que forneceram elevadas conversões foi constatado baixos teores de monoacilgliceróis (<=1%) e ausência de diacilgliceróis. As viscosidades cinemáticas a 40 °C, confirmaram o elevado grau de transesterificação do óleo de palmiste modificando a viscosidade inicial do óleo de 30,13 mm2.s-1 para valores na faixa entre 3 a 6 mm2.s-1. O índice de viscosidade variou entre 114 e 150 e a estabilidade oxidativa (período de indução) entre 22 e 37 min (9 e 20 h, método Rancimat). Os resultados obtidos foram bastante satisfatórios e contribuíram para o estabelecimento de condições reacionais e operacionais para a produção enzimática de ésteres com potencial uso como lubrificantes, tanto em regime descontínuo como contínuo utilizando óleo de palmiste e álcoois e misturas de álcoois superiores. / Biolubricants have progressively increased their importance on oil-based lubricants due to stringent government regulations, the depletion of oil reserves and especially the high impact and toxic effect of petrochemical oils on the environment. Natural fatty acid alkyl esters can be used as biolubricants and are obtained by transesterification of triacylglycerols with higher alcohols. The enzymatic transesterification of oils with methyl and ethyl alcohols is a much-studied process for the production of biodiesel. However, other esters may be obtained using higher chain acyl acceptors such as butyl and isoamyl alcohols or mixtures thereof as the fusel oil, resulting from the production of bioethanol. In this context, the present thesis aimed to obtain esters with lubricating potential by enzymatic transesterification of palm kernel oil with higher alcohols. Transesterification runs were performed under batch mode (stirred reactor) and continuous flow (packed bed reactor) using as biocatalysts the lipases from Burkholderia cepacia and Pseudomonas fluorescens immobilized on hybrid matrixes SiO2-?CD and SiO2-HEC at 45 °C. The effects of oil to ethyl, butyl, isoamyl alcohol and synthetic fusel oil (1: 4 to 1:12) molar ratios, batch reaction times (24h to 72h) and special times (4 to 14 h) were tested in the conversion, productivity and quality of final esters. The results showed good lipase performance and 100% bulk conversions were achieved. However, it was possible to observe the effect of the acyl acceptor chain on the required excess and on the reaction time, obtaining the best results for batch process with molar ratios of 1: 6 and 72 h for ethyl alcohol, 1: 6 and 48 h for butyl, 1: 4 and 48 h for isoamyl alcohol and synthetic fusel oil. In general terms, better productivities were obtained under continuous flow, particularly with isoamyl alcohol and fusel oil (111.10 and 130.18 mg of ester.g catalyst-1.h-1). Regarding the product quality, low monoacylglycerol contents (<=1% ) and absence of diacylglycerols were found in products obtained under the best reaction conditions. The kinematic viscosities at 40 °C confirmed the high degree of transesterification of palm kernel oil by modifying its initial viscosity from 30.13 mm2 s -1 to a value in the range of 3 to 6 mm2 s -1, the viscosity index between 114 and 150 and an oxidative stability (induction period) between 22 and 37 min (9 and 20 h, Rancimat method). The results obtained were very satisfactory and contributed to the establishment of reactional and operational conditions for the enzymatic production of esters with potential use as lubricants both in discontinuous and continuous flow mode using palm kernel oil and alcohols and mixtures of higher alcohols.

Spirulina (Arthrospira) platensis (Cyanophyceae) é uma cianobactéria de grande potencial econômico para a produção de proteínas, principalmente. A utilização simultânea de duas fontes de nitrogênio no cultivo deste microrganismo pode aumentar a quantidade final de biomassa produzida e possibilitar resultados interessantes do ponto de vista de processo de produção. Esta pesquisa teve como principal objetivo verificar o efeito da adição de nitrato de potássio (KNO3) em cultivos de S. platensis realizados com cloreto de amônio (NH4Cl). Através da utilização de planejamento fatorial completo (22 mais configuração estrela), foram verificadas proporções de concentrações iniciais de KNO3 e totais de NH4Cl que variaram de 5,10 a 24,9 mmol &#183; L-1. Foram realizados oito cultivos experimentais e seis cultivos de ponto central, com a utilização de processo descontínuo alimentado e vazões exponencialmente crescentes de adição do sal de amônio. As variáveis independentes (quantidade das fontes de nitrogênio) foram avaliadas simultaneamente através de metodologia de superfície de resposta (regressão multivariável) quanto a sua influência nas variáveis dependentes: concentração celular máxima (Xm), expressa em massa seca por litro de meio, produtividade em células (PX) e fator de conversão de nitrogênio em células (YX/N). A otimização dos cultivos em relação à concentração celular resultou nos seguintes valores: KNO3 = 15,4 mmol &#183; L-1 e NH4Cl = 14,1 mmol &#183; L-1, com Xm esperado de 4450 mg &#183; L-1. O maior valor de concentração celular obtido sob essas condições foi de 4327 mg &#183; L-1, valor este equivalente ao obtido em cultivo de referência para KNO3 (KNO3 = 25,4 mmol &#183; L-1; 4318 mg &#183; L-1) e superior ao obtido em cultivo de referência para NH4Cl (NH4Cl = 21,5 mmol &#183; L-1; 2125 mg &#183; L-1). Concluiu-se que a adição de KNO3 em cultivos com NH4Cl contribuiu para que não houvesse deficiência de nitrogênio no decorrer dos cultivos, proporcionando maiores valores finais de biomassa, com maior conteúdo de clorofila, lipídios e proteínas. A utilização de NH4Cl permitiu a redução dos custos com o meio de cultura, tornando cultivos com associação de tais fontes de nitrogênio uma alternativa vantajosa para a produção desta cianobactéria. / Spirulina (Arthrospira) platensis (Cyanophyceae) is a cyanobacterium which has a great economic potential to protein production, particularly. The simultaneous use of two nitrogen sources can increase the final amount of produced biomass and provide interesting results from the production process point of view. This research had as main goal to evaluate the effect of potassium nitrate (KNO3) addition to S. platensis cultures performed with ammonium chloride (NH4Cl). Through the use of full factorial design (22 plus star configuration), proportions of initial KNO3 and total NH4Cl concentrations, which varied from 5.10 to 24.9 mmol &#183; L-1, were validated. Eight experimental cultures and six central point cultures were carried out using fed-batch process and exponentially-increasing ammonium salt feeding rates. The independent variables (nitrogen sources amount) were simultaneously assessed by response surface methodology (multivariable regression) as to their influence on dependent variables: maximum cell concentration (Xm), expressed in dry mass per liter of medium, cell productivity (PX) and conversion yield of nitrogen to biomass (YX/N). The cultures optimization regarding cell concentration resulted in the following values: KNO3 = 15.4 mmol &#183; L-1 and NH4Cl = 14.1 mmol &#183; L-1, with an expected Xm of 4450 mg &#183; L-1. The highest cell concentration value obtained under these conditions was 4327 mg &#183; L-1, which is comparable to the cell concentration obtained in KNO3 reference culture (KNO3 = 25.4 mmol &#183; L-1; 4318 mg &#183; L-1) and superior to the one obtained in NH4Cl reference culture (NH4Cl = 21.5 mmol &#183; L-1; 2125 mg &#183; L-1). It was drawn that the addition of KNO3 to NH4Cl cultures contributed to avoid nitrogen deficiency during cultivation, providing higher final biomass values with higher chlorophyll, lipid and protein contents. The utilization of NH4Cl allowed the reduction of culture medium costs, turning cultures developed with such nitrogen sources association into an advantageous alternative to the production of this cyanobacterium.

A sacarose é uma matéria-prima, cuja produção é considerada ecologicamente correta, sendo o Brasil seu maior produtor e exportador. O dissacarídeo pode ser convertido, através de um processo multienzimático, em substâncias de maior valor agregado: frutose e ácido glicônico, as quais são importadas pelo Brasil, tendo amplo uso nos setores químico, farmacêutico e alimentício. A conversão foi feita através da ação da invertase, glicose oxidase e catalase, utilizando os reatores descontínuo e contínuo. No procedimento utilizando reator descontínuo, o tempo de residência é igual para reagentes, produtos e catalisador. Neste caso as enzimas foram adicionadas seqüencialmente, em um primeiro momento, e na segunda etapa foram adicionadas simultaneamente. Os parâmetros de partida, a saber, concentração inicial de sacarose, pH, temperatura e atividades enzimáticas, foram testados em diferentes quantidades no intuito de encontrar a mistura inicial mais eficiente na conversão do substrato. No procedimento contínuo, utilizou-se reator com membrana, da marca MILLIPORE®, que permite integrar em uma única etapa a conversão catalítica, a separação/concentração do produto e a recuperação do biocatalisador. A temperatura foi controlada por circulação de água, tendo acoplado uma bomba peristáltica (para controlar a vazão de alimentação do substrato) e um sistema de pressurização. O reator operou com membrana de ultrafiltração (corte molecular = 100 kDa) e foi mantido sob agitação constante. Os parâmetros de partida, neste reator, foram fixados de acordo com os valores otimizados no reator descontínuo com o emprego simultâneo das enzimas. / Sucrose is produced in large amount in Brazil, being a worldwide commercialized commodity. However, it can be converted into more valuable products such as fructose and gluconic acid, both used largely in the chemical, pharmaceutical and food industry. Conversion occurred through the action of invertase, glucose oxidase and catalase, using the discontinuous and continuous reactors. In the batch reactor, the residence time is equal to reactants, products and catalyst. In this case, enzymes were added sequentially, at first, and in the second step were added simultaneously. Boot parameters, initial sucrose concentration, pH, temperature and enzyme activities were tested in different amounts in order to find the most efficient initial mixture to the conversion of the substrate. In continuous process, we used the membrane reactor, MILLIPORE®, which allows for one-step catalytic conversion, the separation / concentration of the product and recovery of the biocatalyst. The temperature was controlled by circulation of water, coupled with a peristaltic pump (to control the feed flow of the substrate) and a pressurization system. The reactor was operated with ultrafiltration membrane (molecular cutoff = 100 kDa) and was kept under constant agitation. The initial parameters in this reactor were set according to the values optimized in the batch reactor with the simultaneous use of enzymes.

A microalga Spirulina platensis, que possui alto de teor de proteínas, vem sendo cultivada fotoautotroficamente para a produção de biomassa microbiana. Embora as fontes convencionais de nitrogênio utilizadas para a produção de Spirulina sejam os nitratos, há a possibilidade do emprego de fontes alternativas, como a uréia, utilizando o processo descontínuo alimentado, com diminuição do custo de produção. No entanto, o uso exclusivo de uréia, em função de sua hidrólise no meio de cultivo e conseqüente perda de amônia, pode levar as células a crescerem por determinados períodos sob carência da fonte de nitrogênio, uma vez que esta fonte não pode ser adicionada em grandes quantidades devido à toxicidade da amônia proveniente de sua hidrólise. Este trabalho teve como objetivo verificar se a adição de nitrato de potássio em cultivos realizados com uréia podem levar a processos com maior produtividade e/ou aumento na quantidade de biomassa produzida. Foram verificadas várias proporções entre as concentrações iniciais de nitrato de potássio e uréia, utilizando planejamento experimental e a metodologia de superfície de resposta. As variáveis dependentes foram concentração celular máxima (Xm), produtividade em células (Px) e fator de conversão de nitrogênio em células (YX/N), bem como, os teores de clorofila, proteínas e lipídios na biomassa obtida. Os resultados obtidos permitiram concluir que a associação de nitrato de potássio e uréia aumentaram a concentração celular máxima. A condição ótima obtida pela análise de regressão multivariável para Xm foi 17,3 mM de KNO3 e 8,90 mM de uréia, nessas condições foram obtidos 6077 ±199 mg/L. / The cyanobacterium Spirulina platensis, that have high protein content, has been cultivated photoautrophically for microbial biomass production. However nitrates are the conventional nitrogen sources for Spirulina, there is the possibility of use alternative source, as urea by fed batch process, decreasing the costs of production. So, the exclusive use of urea, due to urea hydrolysis in culture medium and consequently loss of ammonia, can cause the cell to growing for specific moments without nitrogen source, because urea can not be added in huge quantity due to the ammonia toxicity provide by its hydrolysis. This work have as objectives verify if the potassium nitrate addition in the culture carried out with urea can lead a process with more productivity and/or increase in the biomass quantity. It was verified many proportion between initial concentration of potassium nitrate and urea, using experimental planning and surface response methodology. The dependent variables were maximum cell concentration (Xm), cell productivity (Px) and nitrogen-cell conversion factor (YX/N), as well as biomass contents of chlorophyll, protein and lipids. The results allowed us concluded that the association of KNO3 and urea was good and improved the maximum cell concentration. The optimal condition otained by statistic analysis for Xm was 17,3 mM of KNO3 and 8,90 mM of urea. In this condition the maximum cell concentration was 6077 ±199 mg L-1.

Estudou-se o processo descontínuo alimentado de fermentação alcoólica, utilizando-se mosto de melaço de cana-de-açúcar e Saccharomyces cerevisiae na forma de fermento prensado. Foram analisados a influência da vazão de alimentação exponencialmente decrescente e do tempo de enchimento do fermentador no comportamento do sistema, considerando os seguintes parâmetros: 1. produtividade em etanol e em células, 2. rendimento em etanol e 3. razão de crescimento celular. / The fed-batch ethanol fermentation of sugar-cane blackstrap molasses by the action of Saccharomyces cerevisiae (pressed yeast) was studied. The influence of exponencialy decreasing feeding rates and of the fermentor filling up time on the system behavior was analysed considering the following parameters: 1. ethanol and cell productivities, 2. ethanol yield and 3. cell growth ratio.