Submitted by Aelson Maciera (aelsoncm@terra.com.br) on 2017-04-05T18:01:32Z No. of bitstreams: 1 DissLPMoc.pdf: 5018835 bytes, checksum: 6e118e7b00ba50c95eaca8d0df293f3a (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-04-19T13:35:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissLPMoc.pdf: 5018835 bytes, checksum: 6e118e7b00ba50c95eaca8d0df293f3a (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-04-19T13:36:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissLPMoc.pdf: 5018835 bytes, checksum: 6e118e7b00ba50c95eaca8d0df293f3a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-19T13:42:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissLPMoc.pdf: 5018835 bytes, checksum: 6e118e7b00ba50c95eaca8d0df293f3a (MD5) Previous issue date: 2016-03-31 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Biodiesel is a renewable fuel and its production generate raw glycerol (RG) as main byproduct. The use of RG as carbon source in microorganism cultivations poses as an alternative to add value and reduce the environmental impact of this residue. However, RG impurities (salts, esters, alcohol and soap) can inhibit cell growth. Techniques that aims adapting microorganisms to environments containing contaminants by adaptive evolution have been employed to overcome inhibition problems. Adaptation strategies allows imposing a certain selective pressure upon the population, favoring the appearance of mutants and selection of most beneficial mutations, which will make the cell more suited to develop itself in a hostile environment. This work employed Adaptive Evolution methodology to obtain an E. coli K12 strain adapted to RG concentrated by rotary evaporation (RGRota). Cultivations were carried out in plates (E. coli – USP strain) incubated at 37 ºC, as well as shaken flasks (E. coli – UMinho strain), kept at 37 ºC and 300 rpm, involving transfers to defined media gradually enriched with RGRota. Obtained evolved strain as well as the wild-type strain E. coli – UMinho were characterized in cultivations using 2 L, bench-scale bioreactor, equipped with monitoring and control system. During shaken flask experiments, growth was followed by optical density (OD) readings. In bioreactor cultures, samples were withdrawal to analyze cell concentration of the suspension (OD and dry cell weight), concentrations of glycerol, ethanol and organic acids (liquid chromatography), concentration of viable cells (colony forming units counting) and morphology. Cultures characterization were carried out with E. coli – USP in shaken flasks, the values of maximum specific growth rate (μmax) remained between 0.40 e 0.45 h-1 and they showed little influence of strain or media composition. These results suggest that the selected strain did not have differentiated characteristics from the wild-type strain. For E. coli – UMinho, two adaptation strategies were evaluated: successive transfer during exponential growth phase (OD = ~2.5) and during stationary growth phase (OD = ~10). In both cases cells evolved, showing increased μmax values, with more homogeneous populations being observed for adaptation conducted under the first strategy. After 26 days of adaptation, corresponding to 534 generations, an evolved strain, exhibiting μmax of 0.60 h-1 and capable of growing in medium containing 29 g/L of glycerol from RGRota was selected by the methodology of successive transfers in exponential phase. This growth rate was 27.6 % superior to that achieved by the wild-type strain (0.47 h-1). Evolved and wild-type strains were cultivated in bioreactor, containing defined medium prepared with GBRota to have 40 g/L of glycerol. The evolved one maintained μmáx of 0.61 h-1. Acetate formation was observed, with yield of 0.19 g acetate/g glycerol, which caused growth inhibition and limited biomass yield to 0.26 gbiomass/gglycerol. When the wild-type strain was cultivated in bioreactor, exponential growth started after 24 h of lag phase and it presented μmax of 0.28 h-1, biomass yield of 0,39 gbiomass/gglycerol and acetate yield of 0.19 gacetate/gglycerol. The evolved strain obtained, capable of growing in the biodiesel production residue, showed a μmax value similar to the best results reported in the literature for E. coli adaptation in pure glycerol (0.7 h-1), what demonstrates the successful application of the adaptive evolution methodology. Acetate accumulation can be reduced by Genetic Engineering techniques to manipulate metabolic pathways and this will lead to development of an industrial strain which can be employed as a platform of high value products using unrefined glycerol as substrate. / O biodiesel é um combustível renovável cuja produção gera o glicerol bruto (GB) como principal subproduto. O aproveitamento de GB como fonte de carbono em cultivos de microrganismos se apresenta como uma alternativa para agregar valor e reduzir o impacto ambiental deste resíduo. Contudo, as impurezas do GB (sais, ésteres, álcool e sabão) podem inibir o crescimento das células. Técnicas que visam adaptar os microrganismos via evolução adaptativa a ambientes contendo contaminantes vêm sendo empregadas para contornar problemas de inibição. As estratégias de adaptação permitem impor uma certa pressão seletiva sobre a população, favorecendo o aparecimento de mutantes e a seleção de mutações benéficas, que tornam a célula mais apta a se desenvolver em um ambiente hostil. O trabalho empregou a metodologia de Evolução Adaptativa para obter uma linhagem de E. coli K12 adaptada ao GB concentrado por rotaevaporação (GBRota). Os cultivos foram realizados tanto em placas (linhagem E. coli – USP) incubadas a 37ºC, como em frascos agitados (linhagem E. coli – UMinho), mantidos a 37ºC e 300 rpm, envolvendo transferências para meios definidos gradualmente enriquecidos com GBRota. A linhagem evoluída obtida assim como a linhagem selvagem E. coli – UMinho foram caracterizadas em cultivos em biorreator de bancada de 2 L, dotado de sistema de monitoramento e controle. Durante os experimentos em frascos agitados, o crescimento foi acompanhado por leitura de densidade ótica (DO). Nos cultivos em biorreator, amostras foram coletadas para análises de concentração celular da suspensão (DO e massa seca), da concentração de glicerol, etanol e ácidos orgânicos (por cromatografia líquida), da concentração de células viáveis (por contagem de unidades formadoras de colônia) e de morfologia. Para os cultivos de caracterização da E. coli – USP realizados em frascos agitados, os valores da velocidade máxima específica de crescimento (max) permaneceram entre 0,40 e 0,45 h-1, sendo pouco influenciados pela linhagem ou pela composição dos meios, sugerindo que a metodologia adotada para adaptação em placa não foi eficiente, já que a linhagem selecionada não possuía características diferenciadas em relação à linhagem selvagem. Para a E. coli – UMinho foram avaliadas duas estratégias de adaptação: transferências sucessivas na fase exponencial do cultivo (DO = ~2,5) e na fase estacionária (DO = ~10). Em ambos os casos, as células evoluíram, apresentando aumento nos valores de max., sendo que populações mais homogêneas foram observadas na adaptação realizada pela primeira estratégia. Após 26 dias de adaptação, correspondendo a 534 gerações, foi selecionada pela metodologia de transferências sucessivas na fase exponencial, uma linhagem evoluída apresentando velocidade máxima específica de 0,60 h-1, resultado superior em 27,6% ao da linhagem selvagem (0,47h-1), capaz de crescer em meio contendo ~30 g/L de glicerol proveniente do GBRota. As linhagens selvagem e evoluída foram cultivadas em biorreator contendo meio preparado com GBRota na concentração de 40 g/L de glicerol. A linhagem evoluída manteve o μmáx de 0,61 h-1. Foi observada formação de acetato, com rendimento de 0,19 gacetato/gglicerol, o que causou inibição do crescimento e limitou o rendimento em biomassa a 0,26 gbiomassa/gglicerol. Enquanto que, para a linhagem selvagem o cultivo em biorreator apresentou uma fase lag de 24 h, um max de 0,28 h-1, rendimento em biomassa de 0,39 gacetato/gglicerol e rendimento em acetato 0,19 gacetato/gglicerol. A linhagem evoluída obtida no presente trabalho, capaz de crescer no resíduo da produção de biodiesel, apresenta max semelhante aos melhores resultados relatados na literatura para adaptação de E. coli em glicerol puro (0,7 h-1), demonstrando o sucesso da aplicação da metodologia de evolução adaptativa. O acúmulo de acetato pode ser amenizado utilizando técnicas de Engenharia Genética para manipulação das vias metabólicas e permitindo o desenvolvimento de uma linhagem industrial que poderá ser empregada como plataforma para obtenção de produtos de alto valor agregado usando o glicerol não refinado como substrato.

Submitted by Aelson Maciera (aelsoncm@terra.com.br) on 2017-05-17T18:25:54Z No. of bitstreams: 1 DissAROF.pdf: 8258056 bytes, checksum: 0a3e4acabf6e7541cfbb0a0d125d2408 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-05-22T13:54:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissAROF.pdf: 8258056 bytes, checksum: 0a3e4acabf6e7541cfbb0a0d125d2408 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-05-22T13:55:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissAROF.pdf: 8258056 bytes, checksum: 0a3e4acabf6e7541cfbb0a0d125d2408 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-22T13:59:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissAROF.pdf: 8258056 bytes, checksum: 0a3e4acabf6e7541cfbb0a0d125d2408 (MD5) Previous issue date: 2016-02-19 / Não recebi financiamento / The master degree work presented is a result of a research conducted together with a group, which has worked on the modification of the synthesis CTA-MCM-41, that silica belongs to the mesoporous materials family (composed by MCM-41, MCM-48 e MCM- 50). The synthesis of silicas was disclosed by Mobil Oil Corporation in 1992 due to processing of higher molecular that the processed for microporous silica. Between the mesoporous silicas, the more studied it’s MCM-41. When the MCM-41 has in their pores the cation (CTA+) it has also basic catalytic sites due to siloxi anion (≡SiO-) associated. In evaluating the basic character of the CTA-MCM-41 in transesterification reactions of monoester, we obtained satisfactory conversions, but when catalyst reused, there was a loss of catalytic due to leaching cations CTA+. Then, the catalyst loses part of the basicity necessary to that reaction. This work has challenged, synthesize hybrid catalysts that are able of keep the same catalytic activity when reused. From the research, the formation of MCM-41, the cocondensation of TEOS with functionalized groups can result in new hybrid materials. These materials offer functional groups connected to wall silica, [Si]– CnH(2n+1), this connection type can create more stability to this form of silica. For this particular research, arose the proposal to use together with TEOS, the hexadecyltrimethoxysilane (silane) or dimethyloctadecyl[3-(trimethoxysilyl) propyl] ammonium chloride (silônio) like fonts of silicas in the synthesis of the MCM-41. The silicas synthesized showed X-ray diffraction characteristic of the MCM-41 and the presence of the silane and the silônio was proven through the technique nuclear magnetic resonance of 29Si and of the termogravimetric analysis. The silicas were evaluated catalytically by transesterification reaction of ethyl acetate in methyl acetate and ethanol. The conversions obtained in the reaction, when compared with the silica synthesized just with TEOS, were lower, due to deposition silônio group on silica surface, hindering the access to basic sites. / O trabalho de mestrado apresentado é resultado de pesquisas realizadas em conjunto com o grupo, que tem trabalhado na modificação da síntese da CTA-MCM-41. A MCM-41 com os poros obstruídos pelo cátion (CTA+), possui sítios catalíticos básicos devido ao ânion siloxi (≡SiO-) associados. Ao avaliar o caráter básico da CTA-MCM-41 em reações de transesterificação de monoésteres, observa-se conversões satisfatórias. Entretanto, o problema do emprego dessa sílica nesta reação é a perda de atividade (ocorre desativação) à medida que é reutilizada, esta desativação tem sido apontada como sendo ocasionada pela lixiviação do cátion CTA⁺. Desta forma, o catalisador perde parte da basicidade requerida para esse tipo de reação. Este trabalho teve como desafio sintetizar catalisadores híbridos que sejam capazes de manter a atividade catalítica mesmo ao serem reutilizados. Para isso, foi levantado uma pesquisa, que durante a formação da MCM-41, a co-condensação do TEOS com nova fonte de sílica que contem grupos funcionalizados, pode resultar em novos tipos de materiais híbridos. Esse tipo de ligação, [Si]-C, pode resultar em uma maior estabilidade dessa sílica. Para esta pesquisa em particular, surge a proposta de utilizar, juntamente com o TEOS, o hexadeciltrimetoxisilano (chamado de silano) ou o cloreto de dimetiloctadecil[3-(trimetoxisilil)propil] amônio (chamado de silônio) como fontes de sílicas na síntese da MCM-41. Os difratogramas de raios X apresentaram, para as sílicas sintetizadas com diferentes teores de silano, estruturas características de materiais mesoporosos e para os materiais sintetizados com diferentes teores de silônio apresentaram estrutura característico da sílica MCM-41. A quantificação e a incorporação preferencial desses compostos nas sílicas sintetizadas foram comprovadas pela ressonância magnética nuclear de 29Si com e sem polarização cruzada com Hidrogênio. As sílicas, ao serem avaliadas cataliticamente na reação de transesterificação, mostraram-se menos ativas quando comparadas com o material sintetizado apenas com TEOS. Para os materiais sintetizados com silônio, as baixas conversões foram devidas a deposição desse grupo na superfície da sílica, dificultando assim o acesso aos sítios básicos.

Submitted by Alison Vanceto (alison-vanceto@hotmail.com) on 2017-05-12T13:09:47Z No. of bitstreams: 1 DissTJB.pdf: 4566630 bytes, checksum: 5702ce61ab78e32583b82b3d119c75b6 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-05-18T20:28:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissTJB.pdf: 4566630 bytes, checksum: 5702ce61ab78e32583b82b3d119c75b6 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-05-18T20:28:56Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissTJB.pdf: 4566630 bytes, checksum: 5702ce61ab78e32583b82b3d119c75b6 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-23T18:32:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissTJB.pdf: 4566630 bytes, checksum: 5702ce61ab78e32583b82b3d119c75b6 (MD5) Previous issue date: 2016-02-29 / Não recebi financiamento / The use of eucalyptus kraft as biomass for an integrated production of sugars and new added-value products such as nanocellulose, stands out a potential strategy for the implementation of a forest biorefinary, that can contribute to the diversification of the paper and cellulose sector. In this process configuration, amorphous cellulose is converted into sugars that can be used for second generation ethanol (2G) production, leaving a residual fraction of nanocellulose that can be applied in various sectors as a high-value product. In this context, the objective of this study was to evaluate the viability of integration of 2G ethanol production with nanocellulose, using eucalyptus kraft pulp as raw material. In the enzymatic hydrolysis step, the experimental central composite design (CCRD) was used as a tool evaluate the effects of solids loading (SL) from 5 to 22% (w/v), and enzymatic loading (EL), from 3 to 17 mg protein/g of cellulose, on the glucose released and cellulose conversion. Glucose concentrations from 45 to 130 g/L with conversions from 40 to 95% were obtained after 24 hours of enzymatic hydrolysis. The validation of the statistical model was performed at SL 20% and EL 10 mg/g cellulose, defined using desirability function as the optimum condition for obtaining high concentrations of sugars associated with residual material to favor the production of nanocelulose. The sugars released using the selected optimum condition (134 g/L) were used to produce 2G ethanol by fermentation using Saccharomyces cerevisiae, resulting in 62.14 g/L ethanol after 8 h (yield 95.5%). For all of the conditions evaluated, the residual solids presented cellulose nanofiber (NFC) characteristics, according to analysis by Scanning Electron Microscopy with Field Emission (SEM - FEG). Nanocellulose presented crystallinity index between 76% and 83% with initial degradation temperature around 320ºC. The use of a temperature reduction strategy from 50 to 35 ° C after 24 hours of enzymatic hydrolysis allowed to obtain cellulose nanocrystals (NCC) after 144h reaction. The crystallinity index of this material confirmed the presence of highly crystalline cellulose with initial degradation temperature around 330°C. The NCC showed length of 260 nm and diameter 15 nm, with aspect ratio L/D 15. Such characteristics are adequate for application as reinforcement in polymeric materials. Finally, enzymatic hydrolysis experiments were made in a stirred tank reactor (5L) using SL of 10 and 15% and EL of 5 and 10 mg/g cellulose, in order to obtain the parameters required to scale-up. The impeller used was the up-pumping and down-pumping Elephants Ears. The rotation of 470 rpm, defined by performing mixing time test, was used to evaluate the power consumption and apparent viscosity during of hydrolysis reaction. The residual solids of the hydrolysis at 5L scale presented nanocelulose with similar characteristics to the smaller scale (100 mL). In conclusion, the results obtained here showed that the integration of the processes for nanocellulose and 2G ethanol production is very promising and could contribute to implementation of the forest biorefineries and diversification of cellulose and pulp sector. / A utilização da polpa de celulose de eucalipto como biomassa para produção integrada de açúcares fermentescíves e novos produtos de alto valor agregado, como a nanocelulose, se destaca como uma potencial estratégia para a implementação de biorrefinarias florestais, podendo contribuir para a diversificação do setor de papel e celulose. Nessa configuração de processo, enquanto a celulose amorfa é convertida a açúcares fermentescíveis que podem ser utilizados para a produção de etanol de segunda geração (2G), a fração residual de nanocelulose pode ser aplicada em diferentes setores, como um produto de alto valor agregado. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi estudar a viabilidade de integrar a produção de etanol 2G com a produção de nanocelulose, utilizando como matéria-prima a polpa de celulose de eucalipto. Na etapa de hidrólise enzimática da celulose foi utilizado o planejamento experimental delineamento composto central rotacional (DCCR), para avaliar os efeitos do teor de sólidos (TS), de 5 a 22% (m/v), e carga enzimática (CE), de 3 a 17 mg de proteína/g de celulose, tendo como resposta concentração de glicose e conversão de celulose. Concentrações de 45 a 130 g/L glicose foram obtidas, com conversões de celulose variando de 40 a 95%, após 24 h de hidrólise. A validação do modelo estatístico foi realizada para a condição de TS 20% e CE 10 mg/g de celulose, definida com auxílio da função desirability como sendo a condição ótima para obtenção de altas concentrações de açúcares fermentescíveis, associadas a um material residual para favorecer também a obtenção de nanocelulose. Os açúcares liberados na condição validada (134 g/L) foram utilizados para a produção de etanol 2G pela levedura Sacharomyces cerevisiae, resultando em 62,14 g/L de etanol após 8 h (rendimento de 95,5 %). O sólido residual da hidrólise enzimática apresentou características de nanofibras de celulose (NFC), de acordo com a análise por Imagens de Microscopia Eletrônica de Varredura com Emissão de Campo (MEV – FEG). A nanocelulose resultante de todas as condições apresentou índice de cristalinidade entre 76 e 83% e temperaturas iniciais de degradação de aproximadamente 320ºC. A aplicação de uma estratégia de redução de temperatura de 50 para 35ºC após 24 h de hidrólise enzimática na condição de validação levaram a obtenção de nanocristais de celulose (NCC) após 144h de reação. O monitoramento do índice de cristalinidade deste material comprovou a presença de celulose altamente cristalina e com temperatura inicial de degradação em torno de 330°C. O NCC obtido apresentou comprimento de 260 nm, diâmetro de 15 nm e razão de aspecto L/D 15, características favoráveis para aplicação como reforço em materiais poliméricos. Por fim, foram realizados experimentos de hidrólise enzimática em biorreator de mistura (5L) para condições de TS 10 e 15% e CE 5 e 10 mg/g de celulose, visando à obtenção dos parâmetros para a análise do aumento de escala. Os impelidores usados foram do tipo orelhas de elefante com escoamento ascendente (EEUP) e descendente (EEDP). A rotação de 470 rpm, definida a partir da análise do tempo de mistura, foi utilizada para a determinação do consumo de potência e da viscosidade aparente no decorrer da hidrólise. O sólido residual da hidrólise na escala de 5L apresentou características de nanocelulose compatíveis com os resultados em menor escala (100 mL). Como conclusão, os resultados obtidos indicam que a integração dos processos de obtenção de etanol 2G e nanocelulose é bastante promissora e poderá contribuir para a implementação de biorrefinarias florestais e diversificação do setor de papel e celulose.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseSML.pdf: 4890836 bytes, checksum: 9a42e57b8e8e8db75ebb3ff073962324 (MD5) Previous issue date: 2006-04-20 / Universidade Federal de Sao Carlos / Catalysts precursors with perovskite structure like La1-xCexNiO3 ( x = 0, 0.03, 0.05, 0.1, 0.4 ,0.7) and La1-xCaxNiO3 (x = 0, 0.05, 0.1, 0.3, 0.5, 0.8) have been prepared by three different methods: precipitation, citrate and citrate with successive additions. The loss of mass and structure transformations during the calcination were studied by thermogravimetric and thermodifferential analysis; the calcined samples were characterized by X-ray diffraction, specific surface area measurements (BET method), temperature-programmed reduction, thermogravimetric analysis in H2 atmosphere, temperature-programmed desorption of oxygen, X-ray photoelectron spectroscopy and sequential pulse experiments with CH4/O2/CH4. The catalysts were tested in CO2 reforming and partial oxidation of methane. After the tests, the catalysts surface was studied by scanning electron microscopy and thermogravimetric analysis in oxidant atmosphere. Small quantities of NiO were observed together the perovskite structure even for x = 0 in the solids prepared by all the synthesis methods. In the Ce-La series with x ≥ 0.05 were also identified CeO2 and La2NiO4; the perovskite structure formation for x = 0.7 was not observed. For the samples containing Ca with x ≥ 0.1, in addition to the perovskite structure, was observed NiO and La2NiO4; when x ≥ 0.3 an additional CaO phase was identified. However, in these samples, the perovskite structure was still observed even with high Ca contents. The reaction results of CO2 reforming of methane showed that the Cecatalysts prepared by citrate route presented Ni particles smaller and with better dispersion than the catalysts obtained by precipitation. This was evidenced by the higher resistance to carbon formation. Among these catalysts, the La0.95Ce0.05NiO3 was the most promising because it was the most active and resistant to carbon formation. This carbon deposition resistance was due to the predominance of perovskite structure that resulted in higher dispersion of nickel particles and also to the presence of the incorporated cerium that increased its stability. The Ce containing catalysts obtained by the two citrate methods deactivated during the partial oxidation of methane due to the oxidation of active Ni fractions. These oxide sites favored the CO2 formation via the combustion of methane reaction. In the other hand, the catalysts obtained by precipitation were highly active to CO formation, and the most promising were those with x = 0 and x = 0.05. The Ca content influenced the carbon deposition resistance and the conversion levels in the CO2 reforming of methane. In partial oxidation of methane, for some contents of calcium, the reactants conversion levels have decreased due to the oxidation of active Ni fractions, but there was no carbon formation for all the catalysts. / Precursores de catalisadores com estrutura perovskita La1-xCexNiO3 (onde x = 0, 0,03, 0,05, 0,1, 0,4 e 0,7) e La1-xCaxNiO3 (onde x = 0, 0,05, 0,1, 0,3, 0,5 e 0,8) foram preparados por três métodos diferentes: precipitação, citrato e citrato com adições sucessivas. As amostras não calcinadas foram estudadas por análise termogravimétrica e termo-diferencial; as amostras calcinadas foram caracterizadas por difração de raios X, medidas de área superficial (método BET), redução a temperatura programada, análise termogravimétrica com fluxo de H2, dessorção de oxigênio a temperatura programada, espectroscopia fotoeletrônica de raios X e experimentos de pulsos seqüenciais de CH4/O2/CH4 e testadas nas reações de reforma do metano com CO2 e oxidação parcial do metano. Após os testes catalíticos, os catalisadores foram estudados por microscopia eletrônica de varredura e análise termogravimétrica com atmosfera oxidante. O conjunto de técnicas de caracterização revelaram, nos sólidos preparados por todos os métodos de preparação, a presença de uma pequena proporção de NiO juntamente com a estrutura perovskita LaNiO3 em x = 0. Nas amostras contendo cério com valores de x ≥ 0,05, além destas fases, também foram identificados CeO2 e uma fase espinélica tipo La2NiO4, não sendo mais observada a formação da estrutura perovskita quando x = 0,7. Nas amostras contendo Ca também foram observadas a presença de NiO e La2NiO4 juntamente com a perovskita para x ≥ 0,1; para x ≥ 0,3, além destas fases, identificou-se também CaO. No entanto, nestas amostras, a estrutura perovskita continuou sendo observada mesmo com altos teores de Ca. Dos resultados da reação de reforma do metano com dióxido de carbono verificou-se que os catalisadores contendo cério, obtidos pelo método citrato, formaram, após a etapa de ativação, partículas de Ni menores e melhor dispersas que os obtidos por precipitação. Isto foi evidenciado pela maior resistência à formação de depósitos de carbono. Dentre estes catalisadores, o mais promissor foi o com composição La0,95Ce0,05NiO3, que se mostrou mais ativo e resistente a formação de depósitos de carbono devido à ação conjunta da estrutura perovskita, que proporciona maior dispersão do Ni metálico, e da presença de cério a ela incorporado, que contribui para o aumento da estabilidade. Na oxidação parcial do metano, os catalisadores contendo Ce, obtidos pelos dois métodos citrato, desativaram-se ao longo da reação devido à oxidação de uma parte dos sítios ativos de Ni, favorecendo a formação de CO2 através da combustão do metano. Já os catalisadores obtidos por precipitação foram altamente ativos para formação de CO, sendo que os mais promissores foram os com x = 0 e x = 0,05. Com relação aos catalisadores contendo Ca aplicados à reação de reforma do metano com dióxido de carbono verificou-se que, dependendo do teor deste íon, ocorre aumento de conversão dos reagentes e favorecimento à resistência a formação de carbono. Já na oxidação parcial do metano, para alguns teores de cálcio, os níveis de conversão dos reagentes diminuiram devido à oxidação de uma parte dos sítios ativos de Ni e em nenhum dos catalisadores foi observado a formação de depósitos de carbono.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseMSB.pdf: 1062102 bytes, checksum: 27907a1d7ce15f71f0846c6655982b70 (MD5) Previous issue date: 2006-08-01 / Financiadora de Estudos e Projetos / This research study presents an investigation to quantify the stability of spouting regimes (by pressure fluctuations) and particle segregation level in conical spouted beds operated with a variety of particle combinations with uniform size or size distribution. In the presence of glycerol, a study on the effect of interparticle forces in the conical spouted bed fluid dynamics behavior with inert particle mixtures was also employed. Data show that, at a standard deviation from pressure signals of 50 Pa, in beds composed of inert particle of uniform size or size distribution stable spouting regime can be achieved. Moreover, the analysis of segregation indexes revealed that particle segregation becomes less pronounced as dpL/dpS is reduced from 2.85 to 1.98 and bed height is increased from 0.105 to 0.195 m. When glycerol is added into the bed, the results show that the dimensionless minimum spouting velocity (vmj/vmj0) does not change significantly with increase in glycerol concentration for the reference mixture. However, for all other mixtures of dpL/dpS > 1.98 employed, vmj/vmj0 increases with increase in the glycerol concentration into the bed, and this increase is more pronounced for flat and binary mixtures. The dimensionless of minimum spouting pressure drop (∆Pmj/∆Pmj0) decreases with increase in the glycerol concentration for all mixtures used. The application of a theoretical analysis, predicting the interparticle forces, shows that the change in minimum spouting condition as glycerol concentration increases can be explained by the magnitude of these forces. / Nesta pesquisa foi realizada a investigação da estabilidade do regime de jorro por flutuações de pressão e dos níveis de segregação no leito operando com uma variedade de combinações de partículas que apresentam tamanhos uniformes ou distribuição de tamanhos. Também, em presença de glicerol, foi realizado um estudo sobre o efeito das forças interpartículas no comportamento fluidodinâmico do leito de jorro com misturas de tamanhos de partículas. Os dados mostram que com um desvio padrão de 50 Pa o regime de jorro estável pode ser atingido para os leitos com partículas de tamanho uniforme ou com misturas de tamanhos. Além disso, a segregação de partículas torna-se menos pronunciada à medida que a razão dpL/dpS é reduzida de 2,85 para 1,98 e a altura de leito é aumentada de 0,105 para 0,195 m. Para o leito com glicerol, os resultados mostram que para as partículas de referência de composição B a velocidade de mínimo jorro (vmj) não varia significativamente com o aumento da concentração de glicerol. Porém, para as outras misturas de composição B empregadas, vmj aumenta com o aumento na concentração de glicerol no leito somente para misturas com razão dpL/dpS > 1,98, sendo que este aumento é mais pronunciado para as misturas plana e binária. Para todas as misturas estudadas a queda de pressão no leito (∆Pmj) diminui com o aumento da concentração de glicerol. A aplicação de uma formulação teórica para estimar as forças coesivas, resultantes das pontes líquidas estabelecidas entre as partículas do leito, demonstra que as variações nas condições de mínimo jorro decorrentes do aumento na concentração de glicerol podem ser previstas pela ordem de grandeza destas forças.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseMPAR.pdf: 5068377 bytes, checksum: 767cce78099d3010d32f9d63d3c82e23 (MD5) Previous issue date: 2007-03-05 / Universidade Federal de Minas Gerais / Nowadays, industrial production of semi-synthetic penicillins requires low temperatures, organochloride solvents and yields a great amount of non-recyclable wastes. During the last decades, concerns about environmental impacts have increased, as well as the environmental legislation restrictions. Thus, the pursuit of cleaner routes has been encouraged. Enzymatic synthesis of these antibiotics, using penicillin G acylase (PGA) as biocatalyst, may be carried out at mild temperatures and pH, and is an environmentalfriendly route, alternative to the chemical synthesis. However, the low yields of the enzymatic process are still a drawback for their industrial implementation. An enzymatic semi-batch reactor using aqueous-precipitated medium is a promising approach to improve process efficiency. Yet, finding the optimal operation condition of the reactor is still a challenge, in order to make the enzymatic route economically competitive. This thesis addresses this issue, focusing on several aspects of the enzymatic synthesis of ampicillin. The comprehension of the reaction mechanism, still not a consensus in the literature, was improved especially with respect to the role of the beta-lactam nucleus during the formation of the acyl-enzyme intermediate, which has important consequences on the reactor operation. Diffusion in the biocatalyst pores and its influence on the pH profile within this micro-environment were assessed through computer simulations. Results indicate considerable diffusion resistances within the biocatalyst, yielding important pH profiles. The process complexity leaded to the use of simplified mechanistic or empirical kinetic models. Applying dynamic optimization (optimal control) techniques, feed profiles for the reactants were obtained. A simplified model for the integrated semi-batch reactor for enzymatic synthesis of ampicillin with product crystallization was used for this purpose. Different techniques of dynamic optimization provided qualitatively the same optimum heuristics for the process operation. Since simplified models were used in optimal open-loop control algorithms, theoretical feed policies may diverge from those that would be needed to maintain the track of the concentration profiles of the optimized reactor. Moreover, disturbances in the input variables might lead the system to a different course. Thus, on-line monitoring is essential in pilot plants or industrial reactors. Multivariate calibration using UV spectra was the basis for the development of a system of analysis via flow injection (FIA), with good results. Ampicillin synthesis assays using an industrial biocatalyst (Recordatti, Italy) were run in order to improve some simplified kinetic models. The re-estimated models were inserted in optimization algorithms, providing trajectories in accordance with the same heuristics previously obtained. Experimental results obtained after two runs in the integrated semi-continuous reactor put into evidence a mismatch between model responses and the real process. This difference may be explained by the extrapolation of the kinetic model with respect to the enzymatic reactor load. On the other side, using a biocatalyst wrapped with a secondary inert matrix might alter the microenvironment of the enzyme, especially with respect to pH. Using a model that takes into account the effect of pH on the kinetics seems to be important to allow the fine-tuning of the industrial reactor selectivity and productivity. / A produção industrial de penicilinas semi-sintéticas é conduzida sob condições extremas de temperatura, demanda solventes organoclorados em seu processo e gera uma grande quantidade de resíduos não recicláveis. As crescentes preocupações governamentais em relação ao meio ambiente e a criação de leis de proteção ambiental nas últimas décadas vêm colocando esses processos sobre críticas e incentivando a busca de rotas alternativas mais limpas . A síntese enzimática desses antibióticos, usando penicilina G acilase (PGA) como biocatalisador, pode ser efetuada em condições amenas de temperatura e pH e vem sendo estudada como alternativa à rota atualmente empregada, mas o maior obstáculo para a substituição da rota química pela enzimática ainda é o baixo rendimento desta última. O uso de um reator enzimático semi-contínuo com um meio aquoso-precipitado é uma abordagem promissora em termos de eficiência. Contudo, ainda é necessário otimizar sua operação para que a rota enzimática seja economicamente competitiva. Esta tese enfoca vários aspectos da síntese enzimática de ampicilina. Avançouse na compreensão do mecanismo de reação, em pontos ainda não consensuais na literatura em especial com respeito ao papel do núcleo beta-lactâmico durante a etapa de formação do intermediário acil-enzima, com importantes conseqüências para a operação industrial do reator. A difusão nos poros do biocatalisador e sua influência sobre o perfil de pH nesse micro-ambiente foram avaliadas por meio de simulações computacionais. Os resultados indicam resistências difusivas apreciáveis no interior do biocatalisador, suficientes para gerar perfis significativos de pH. A complexidade desse processo como um todo levou a que se utilizassem modelos cinéticos mecanísticos simplificados ou empíricos. Por meio de técnicas de otimização dinâmica (controle ótimo), perfis de alimentação de reagentes foram obtidos. Para isso, um modelo simplificado do reator enzimático semi-contínuo integrado, com cristalização dos produtos (desejado e indesejado), foi utilizado. Respostas obtidas usando técnicas diferentes de otimização dinâmica resultaram, qualitativamente, em uma mesma heurística ótima para a operação do reator. Com a utilização de modelos simplificados, funções de alimentação obtidas teoricamente com algoritmos de controle ótimo em malha aberta poderão desviar-se das funções reais necessárias para manter os perfis de concentração no reator otimizado. Além disso, perturbações nas variáveis de entrada poderão levar o sistema a percorrer trajetórias diferentes. Assim, o monitoramento da reação em tempo real é imprescindível em um reator piloto ou industrial. Neste contexto, foi desenvolvido um procedimento de análise em fluxo incorporando técnicas de multicalibração. O procedimento proposto apresentou bons resultados na quantificação dos componentes de interesse, mostrando-se como método adequado para o monitoramento em tempo real do reator, principalmente, quando feita a reconciliação dos dados obtidos a partir dos balanços de massa. Ensaios de síntese de ampicilina, utilizando biocatalisador imobilizado (Recordatti, Itália) foram realizados com o objetivo de melhorar alguns modelos cinéticos simplificados. Os modelos re-estimados foram inseridos em algoritmos de otimização, resultando em trajetórias que seguem a mesma heurística obtida anteriormente. Entretanto, duas corridas de validação da estratégia ótima, realizadas em reator semi-contínuo integrado, evidenciaram um distanciamento entre o modelo utilizado e o processo real. Esses desvios podem ser explicados pela extrapolação do modelo em termos da carga enzimática utilizada no reator. Um modelo que leve em conta o efeito do pH sobre a cinética parece ser importante para permitir o ajuste fino da seletividade e produtividade do reator industrial.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseLXI.pdf: 2823041 bytes, checksum: 5ff061a459816dac605c27cb8ca844f6 (MD5) Previous issue date: 2007-04-09 / The main objective of this study was to monitor and to characterize the particulate material (PM) with equivalent diameter between 2,5 and 10 µm (PM2,5-10), particulate with equivalent diameter smaller than 2,5 µm (PM2,5), particulate with total suspended particles (TSP), and some pollutant gases (ammonia, chlorine, carbon dioxide, ozone, benzene, carbon monoxide and toluene) presents in the indoor environments of public Libraries. Two libraries located in the city of São Paulo were chosen, the Chemistry Buildings Library of the University of São Paulo (CQ USP), and the Library Monteiro Lobato, and two libraries located in the city of São Carlos, the Library Amadeu Amaral and the Communitarian Library of the Federal University of São Carlos (UFSCar). It was used a Small Volume Sampler (APV) which captured the particles using a glass fibre filter and nuclepore hydrophobic membranes, and a chip monitoring system (CMS) which measured the gases concentrations. The experimental essays were followed in the indoor and outdoor environments of the libraries, working with a flow of 16 L/min and sampling time of 1 hour, once a week, varying in relation to the day of the week and the schedule of sampling. After the collection, analyses of X-Ray Fluorescence (XRF) were done to quantify the chemical elements with atomic number superior of 13 g/mol. The chemical elements found in the particulate material of those indoor environments were: Al, Ca, Fe, Cu, Br, Rb, Cl, K, Ti, V, Sr, and S. The results showed that the particulate concentrations between PM2.5-10 and PM2.5 in the indoor environments of the libraries were always greater than in the outdoor ones. The Libraries located downtown São Paulo and São Carlos (Amadeu Amaral and Monteiro Lobato) presented greater concentrations of indoor particulate in the two fractions, PM2.5 and PM2.5-10, justified by the pollution of vehicles, industries, soil resuspension and burning of sugarcane. / O principal objetivo desse trabalho foi monitorar e caracterizar o material particulado com diâmetro equivalente entre 2,5 e 10 µm (PM2,5-10), o particulado com diâmetro equivalente menor que 2,5 µm (PM2,5), o particulado total em suspensão (PTS) e alguns gases poluentes (amônia, cloro, dióxido de carbono, ozônio, benzeno, monóxido de carbono e tolueno) presentes em ambientes internos de Bibliotecas públicas. Foram escolhidas duas bibliotecas localizadas na cidade de São Paulo, a Biblioteca Conjunto das Químicas da Universidade de São Paulo (CQ USP) e a Biblioteca Infanto Juvenil Monteiro Lobato e duas bibliotecas localizadas na cidade de São Carlos, a Biblioteca Amadeu Amaral e a Biblioteca comunitária da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar). Foi utilizado um Amostrador de Pequenos Volumes (APV), que capturou as partículas empregando como meio filtrante um filtro de fibra de vidro e membranas nuclepore hidrofóbicas; e um sistema de monitoramento por chip (CMS), onde foram medidas as concentrações de gases. Os experimentos foram realizados dentro das bibliotecas e no ambiente externo das bibliotecas, trabalhou-se com uma vazão de 16 L/min e tempo de amostragem de 1 hora, 1 vez por semana, variando em relação ao dia da semana e ao horário de amostragem. Após a coleta, foram realizadas análises de Fluorescência de Raios X (XRF) para quantificar os elementos químicos com número atômico acima de 13 g/mol, os elementos químicos que foram encontrados no material particulado desses ambientes internos foram: Al, Ca, Fe, Cu, Br, Rb, Cl, K, Ti, V, Sr e S. Os resultados mostraram que as concentrações de particulados nas faixas PM2,5 e PM2,5-10 no ambiente interno das bibliotecas apresentaram valores sempre maiores no ambiente interno do que no externo. As Bibliotecas localizadas na região central das cidades de São Paulo e São Carlos (Amadeu Amaral e Monteiro Lobato) apresentaram maiores concentrações de particulados internos nas duas faixas de particulados, PM2,5 e PM2,5-10, sendo justificadas pela poluição veicular, indústrias, ressuspensão do solo e queimadas de cana de açúcar.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseAB.pdf: 14078505 bytes, checksum: 2f83071767a912c91ff529f91622dc88 (MD5) Previous issue date: 2007-05-04 / Previous studies on crystallization as an industrial process have been frequently limited to just one aspect of the process. They usually study parameter optimization or a method for monitoring solution or suspension, frequently not taking into account the several aspects that compose the quality of crystalline product, or the fact that the studied process is such more important when can be applied in industry. From this point of view, this study proposes to go forward to the evaluation of feasibility of industrial application of its own results. Initially, it was determined the solubility of the model-system monopentaerythritol in water to infer from this result some thermodynamic parameters, specific heat and heat of crystallization, which are necessary to a possible crystallizer design. Afterwards, it was done the optimization of the crystallization parameters in seeded cooling batch of the model-system, by monitoring suspension tubidity, and refractive index of solution and chord length distribution of the crystals, in three different scales: 0,35 L in reactor of 0,6 L, 1,05 L in reactor of 2L, and 6,2 L in reactor of 9L. In-line monitoring of system properties, as well as the measurement of crystal size distribution and measurements of optical microscopy of seeds and final product, allowed the optimization of kinetic parameters, considering the existence of agglomeration in two of the three studied scales. With the obtained kinetic parameters, the extrapolation of them to other scales was tried. This scale up was not possible, but it was utilized the kinetic parameters obtained in the 9 L reactor to design a crystallization system, considering two crystallizers: one larger of 40 m³ suitable to product an intermediate chemical as pentaerythritol, and a smaller one of 2 m³ considering the system as a specialty chemical. The simulations carried out, utilized in the design of the crystallizers, allowed to verify that there is limitation in heat exchange of the larger designed crystallizer which hinders the imposition of non-linear cooling profiles, normally indicated in scientific papers as adequate solution to improve the performance of produced crystals. This limitation does not exist in the smaller designed crystallizer, which allows imposing non-linear cooling profiles and maximizing the performance of crystalline product, by obtaining larger crystals with narrow size distribution. / Os trabalhos que estudam a cristalização como um processo industrial de separação muitas vezes se limitam a um único aspecto do processo. Assim, ou se estuda a otimização de parâmetros cinéticos, ou se estuda um método de monitoramento da solução ou suspensão. Quase sempre sem levar em conta os vários parâmetros que compõem a qualidade do produto cristalino, ou o fato de que o processo estudado é tanto mais importante quando pode ser aplicado na indústria. A partir dessa constatação, esse estudo propõe avançar até o estudo da viabilidade da aplicação industrial dos próprios resultados obtidos. Inicialmente, determinou-se a solubilidade do sistema modelo monopentaeritritol em água buscando, a partir desses resultados, inferir alguns parâmetros termodinâmicos, calor específico e calor de cristalização necessários a um possível projeto de um cristalizador. Em seguida, foi feita a otimização de parâmetros cinéticos da cristalização em batelada semeada por resfriamento, pelo monitoramento da turbidez da suspensão, e do índice de refração da solução e da distribuição de comprimento de corda dos cristais, em três escalas diferentes: 0,35 L de suspensão em reator de 0,6 L, 1,05 L de suspensão em reator de 2L, e 6,2 L de suspensão em reator de 9L. O monitoramento in-line das propriedades do sistema, bem como a medida da distribuição de tamanho de cristal e medidas de microscopia óptica da semente e dos produtos, permitiram a otimização dos parâmetros cinéticos, considerando a existência de aglomeração em duas das três escalas estudadas. De posse dos parâmetros cinéticos, tentou-se a extrapolação desses parâmetros para outras escalas. Esse escalonamento não foi possível, mas se utilizaram os parâmetros cinéticos obtidos no reator de 9 L para projetar um sistema de cristalização, considerando dois cristalizadores: um maior de 40 m³ adequado à produção de um intermediário químico como é o pentaeritritol, e outro menor de 2 m³ considerando o sistema modelo como uma especialidade química. As simulações realizadas, utilizadas no projeto dos cristalizadores, permitiram constatar que há limitação de troca térmica no cristalizador de 40 m³ que impediria a imposição de perfis não-lineares de resfriamento, normalmente apontados em artigos científicos como a solução adequada para a melhoria do desempenho dos cristais produzidos. Essa limitação inexiste no cristalizador de 2 m³, o que permite impor perfis não-lineares de resfriamento e maximizar o desempenho do produto cristalino, pela obtenção de cristais maiores e com largura de distribuição de tamanho estreita.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseLSA.pdf: 1588751 bytes, checksum: fcf9ba56f43b67a1c5b60048c6c4b0b1 (MD5) Previous issue date: 2007-09-05 / O encolhimento é um das razões principais para a redução de qualidade durante a secagem de alimentos, pois promove perda nas características de permeabilidade ao solvente e os torna instáveis e quebradiços, sendo ambos os efeitos indesejáveis. Para entender e minimizar este problema, o objetivo deste trabalho foi a realização de um estudo experimental, modelagem matemática e simulação da secagem de sistemas simuladores de alimentos, de geometria esférica e deformáveis, com a consideração da dinâmica do escoamento de fluido na camada limite com o sólido, a transferência de massa e as tensões mecânicas. Foram executadas experiências de secagem por convecção forçada para medir a temperatura do sólido e calcular a densidade de fluxo de massa, fatores de forma e massa específica aparente. Foram obtidas as propriedades mecânicas do material por meio de testes de compressão, realizados com espécimes cilíndricos até ruptura. O modelo matemático considera a transferência de massa no interior da amostra, difusividade efetiva de massa e variável, encolhimento linear e coeficientes convectivos de transferência de massa médio e local Os campos de tensões e deformações foram obtidos a partir das equações para o equilíbrio mecânico e a Lei do Hooke, levando em conta o efeito da transferência de massa e encolhimento. As derivadas espaciais foram aproximadas pelo método das diferenças finitas e o sistema resultante de equações foi integrado na dimensão temporal pelo método de Runge-Kutta, usando o Matlab para a solução numérica e a simulação. Os resultados obtidos mostraram que a degradação física das amostras ocorre para teores de umidade abaixo do valor crítico. Os modelos matemáticos propostos representaram os perfis de umidade e os campos de tensões e deformações dentro da amostra e foi possível explicar a evolução de forma de acordo com os experimentos. Este estudo explica a degradação física dos sistemas simuladores de alimentos, devido à transferência de massa e ao conseqüente encolhimento, e assegura a necessidade de incluir um modelo para os campos de tensões e deformações na modelagem matemática da secagem.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseVRS.pdf: 5281242 bytes, checksum: 8ae3e0f5731bedd5705926ff0020de41 (MD5) Previous issue date: 2007-08-16 / Universidade Federal de Sao Carlos / Penicillin G acylase (PGA) is an important enzyme for industry, used to produce aminopenicillanic acid, a key intermediate in the synthesis of ampicillin, among other betalatam antibiotics. The production of this enzyme by Bacillus megaterium has been studied by the research group for several years. This work advances this research, aiming not only at the enhancement of the enzyme production, but also at a better understanding of B. megaterium regulatory expression mechanisms for PGA. A systematic study of the inoculum, including conservation strategies for the microorganism, was performed. Different cultivation media and operational conditions for the production of PGA were investigated, especially temperature and dissolved oxygen concentration. Enzyme recovery was also studied, including methodologies for minimizing protein contents in whey. Cheese whey is an important nutrient for enzyme production, but its use implies the presence of contaminant proteins in the culture broth. Finally, the enzyme was kinetically characterized. During the inoculum study, PGA yields of microorganisms conserved using different techniques were compared: endospores in 20%-glycerol, -50oC (cryotubes), endospores in solid medium, in refrigerator ( slants ) and vegetative cells in 5%-glycerol, -50oC ( eppendorffs ). It was observed that cryotubes (frozen spores) preserve the enzyme production levels for 12 months, 521 IU/L ±20 IU/L with great reproducibility. Conservation in slants shows a marked fall of production after one month, with a low reproducibility along months. Freezing vegetative cells leads to the highest patterns of enzyme production, up to 900 IU/L, but preservation is sustained for only five months. Maximum specific growth rates changed according to the conservation method, with µmax eppendofor > cryotube > slant . A study of the effect of the inoculum growth period on enzyme yield has shown that, for the three conservation methods, harvesting between 8 and 12 h leaded to similar cell mass and enzyme concentrations after 24 h of cultivation. The procedure of harvesting the inoculum after 12 h, with 10%-bioreactor inoculum volume, showed to be a good method for inoculum standardization. The effect of temperature on the cultivation of B. megaterium for production of PGA was assessed in the range 24-40oC. Maximum cell concentration and maximum enzyme yield were achieved at 30oC. The effect of the concentration of dissolved oxygen on the production of PGA was studied, using air to feed the bioreactor (culture medium volume: 1.2-2.0 L). A second B. megaterium strain showed a lower growth rate than the original one, demanding 24 h for germination/propagation, while the original one requires 12 h. Thus, different oxygen (air) feeding strategies were tested for both strains. Along the years, enzyme yields in agitated flasks have been higher than in bioreactor, for almost all assays. For the second strain, sustaining the dissolved oxygen at 10% of saturation leaded to the highest enzyme productivity among all tested conditions, with a bioreactor productivity similar to the agitated flasks. For the original strain a similar production was only achieved with an increasing stirring profile, implying a very low dissolved oxygen concentration, equal to zero during long periods of the cultivation. The two strains presented different dissolved oxygen requirements. Changes in the cultivation medium also implied different dissolved oxygen requirements for a maximum enzyme yield. Cheese whey has a still no-identified substance that is an essential nutrient for enzyme production. The use of enzymatically hydrolyzed cheese whey improves the downstream process. Assays in agitated flasks, with the original strain, using hydrolyzed whey, leaded to PGA levels similar to the ones obtained using integral whey. However, in bioreactor the yield of enzyme was always lower than in agitated flasks, no matter the aeration strategy that was used. Three possible explanations for this fact were investigated: 1) microorganism preservation method; 2) changes in the time necessary for attaining and sustaining the metabolic state where enzyme expression occurs, what could be related to the ratio between vegetative cells and spores along time, in flasks and in the bioreactor; 3) increase in the production of proteases in the bioreactor, compared to the flasks. The lower yield using hydrolyzed whey does not seem to be related to none of these hypotheses, and up to now it was not possible to generalize the study of the effect of this variable on the PGA production by B. megaterium. Enzyme purification and concentration, via ultra-diafiltration, in the presence of integral and hydrolyzed whey was another subject for research. The effect of pH and of the number of washing cycles on enzyme recovery was assessed. Results showed that this technique is efficient, provided it is run at low temperatures. Hydrolyzed whey indeed eases the purification of the enzyme using membranes, and great part of the contaminant whey proteins can be removed. However, an expressive loss of PGA occurs during the diafiltration stages, which must be minimized. pH did not influence enzyme recovery. The kinetic characterization of the produced enzyme, using the hydrolysis of penicillin G as standard reaction, has showed that maximum PGA activity is at pH 8 and 37oC. Estimated Michelis-Menten parameters were Vmax= 0.0344 mMPenG/min and Km=1.83 mM, with activation energy equal to 27.12 KJ/mol. / Penicilina G acilase (PGA) é uma importante enzima industrial usada para produção do ácido 6-aminopenicilânico, intermediário chave na produção de ampicilina e outros antibióticos β- lactâmicos semi-sintéticos. A produção dessa enzima por Bacillus megaterium vem sendo estudada no grupo há muitos anos. Esta tese dá continuidade a esse estudo visando não só aumento da produção da enzima, mas também um melhor entendimento dos mecanismos regulatórios da expressão de PGA por B. megaterium. Neste trabalho foi realizado um estudo sistemático do inóculo, incluindo estratégias para conservação do microrganismo. Foram investigados diferentes meios de cultura e condições operacionais de cultivo na produção de PGA, em especial temperatura e concentração de oxigênio dissolvido. A recuperação da enzima foi também estudada, incluindo metodologias para minimização do conteúdo de proteínas presentes no soro de queijo, um nutriente importante na produção da enzima, mas cujo uso implica também a presença de proteínas contaminantes no meio de cultivo. Finalmente, a enzima foi caracterizada cineticamente. No estudo do inóculo foram comparados, ao longo do tempo, os desempenhos na produção de PGA de microrganismos conservados como endósporos em glicerol 20% v/v, a -70°C (criotubos), como endósporos conservados em meio sólido a 4ºC ( slants ) e como células vegetativas em glicerol 8% v/v, a -70°C ( eppendorfs ). Verificou-se que sob a forma de esporos congelados (criotubos) há preservação dos níveis de produção da enzima até 12 meses, 521 UI/L ± 20 UI/L, com grande reprodutibilidade. Conservação como slants além de mostrar variabilidade ao longo dos meses, apresenta queda acentuada desde o primeiro mês de conservação. Congelamento de células vegetativas conduz a níveis mais altos de produção da enzima, 900 UI/L, mas preserva atividade apenas durante cinco meses. Velocidades específicas máximas de crescimento dos microrganismos variaram com a forma de conservação, com µmáx eppendorf > criotubo > slant . Estudo do efeito do tempo de crescimento do inóculo na produção da enzima mostrou que, para as três formas de conservação estudada, a colheita do microrganismo entre 8 e 12 horas de cultivo conduzia a produções de enzima e concentração do microrganismo similares após 24 horas de produção. O procedimento de colheita após 12 horas de cultivo, com inoculação de 10% do volume de biorreator, mostrou-se, assim, um bom critério para padronização do inóculo. Foi estudada a influência da temperatura no cultivo de B. megaterium para produção de PGA na faixa entre 25-40°C. Os resultados mostraram que a máxima concentração celular e a máxima produção da enzima ocorrem no cultivo a 30°C. O efeito da concentração de oxigênio dissolvido na produção de PGA foi extensamente estudado, sendo o biorreator (volume de meio: 1,2-2,0 L) alimentado com ar. Uma segunda linhagem de B. megaterium mostrou crescimento mais lento que a original, requerendo 24 horas para a fase de germinação/propagação, enquanto que a original requer 12 horas. Foi, assim, efetuado estudo em biorreator com diferentes estratégias de fornecimento de oxigênio (ar) para as duas linhagens. Ao longo dos anos, a produção de enzima em frascos agitados vem se mostrando maior que a obtida em biorreator em quase todos os ensaios realizados. A segunda linhagem mostrou de forma clara que a manutenção da concentração de oxigênio dissolvido em 10% da saturação conduzia à maior produção da enzima dentre todas as condições testadas, com produção em biorreator similar à obtida em frasco agitado, 450 UI/L. Entretanto, produção em biorreator similar à obtida em frasco agitado, 550-600UI/L, só foi obtida com a linhagem original usando-se um perfil crescente de agitação, que implicava concentração de oxigênio dissolvido muito baixa, permanecendo em zero por vários períodos ao longo do cultivo. As duas linhagens apresentaram, portanto, requerimentos diferenciados para o oxigênio dissolvido. Alterações no meio de cultivo também alteram o requerimento de oxigênio dissolvido para obtenção da máxima produção da enzima. Soro de queijo possui um fator que ainda não foi possível identificar que é nutriente essencial para a produção da enzima. O uso de soro hidrolisado permite melhor recuperação da enzima. Ensaios em frascos agitados, com a linhagem original, na presença de soro hidrolisado, conduziram a níveis de PGA similares aos obtidos com soro integral. Contudo, em biorreator, para todas as condições de oxigênio dissolvido testadas a produção da enzima era inferior à obtida em frascos agitados, qualquer que fosse a estratégia de aeração usada. Foram investigadas três possíveis explicações para esse fato: 1) forma de preservação do microrganismo; 2) alteração no tempo para se atingir e/ou manter o estágio metabólico onde ocorre expressão da enzima, o que poderia estar relacionado com a proporção entre células vegetativas/esporos ao longo do tempo em frascos agitados e biorreator; 3) aumento na produção de proteases no ensaio em biorreator em relação ao ensaio em frasco agitado. A menor produção com soro hidrolisado não parece estar relacionada com nenhuma dessas hipóteses, não tendo sido possível, portanto, até o momento, generalizar o estudo do efeito dessa variável na produção de PGA por B. megaterium. Foi efetuado estudo da concentração e purificação da enzima produzida na presença de soro integral e hidrolisado, através de ultra-diafiltração. Foi estudado o efeito do pH e do número de lavagens na recuperação da enzima. Resultados obtidos mostraram eficiência da técnica para concentração da enzima, se realizada a baixa temperatura. Mostraram também que soro hidrolisado realmente facilita a purificação da enzima através da filtração em membrana, permitindo remoção de grande parte das proteínas contaminantes introduzidas no meio com o soro de queijo. Contudo, ocorre expressiva perda de PGA durante as etapas de diafiltração, que devem ser minimizadas. O pH não influenciou na recuperação da enzima. Caracterização cinética da enzima produzida para a hidrólise de penicilina G mostrou que a máxima atividade de PGA ocorre a pH 8 e temperatura de 37°C. Os valores estimados para os parâmetros cinéticos de Michaelis-Menten foram de Vmáx e Km de 0,0344 mMPenG/min e 1,83 mM, respectivamente, com energia de ativação de 27,12 KJ/mol.