Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:06Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-01-31Bitstream added on 2014-06-13T19:49:47Z : No. of bitstreams: 1 mirandajunior_m_me_araiq.pdf: 686702 bytes, checksum: 60f77d46ef23d1dcf0148d9acf436dfc (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / O presente trabalho teve como objetivo geral identificar as etapas ou estados fisiológicos importantes que determinam o desempenho fermentativo de leveduras industriais em meio de cultivo suplementado com fontes de nitrogênio apresentando diferentes graus de complexidade estrutural, utilizando duas linhagens de leveduras empregadas em vinícolas. O objetivo específico foi estudar a utilização diferencial de glicose e frutose por leveduras vinícolas induzida por fontes nitrogenadas complexas. Os meios de cultura continham como fonte de carbono a glicose, a frutose e uma mistura de glicose mais frutose; e uma fonte de nitrogênio variou de um simples sal de amônio a hidrolisado ácido de proteínas (casaminoácidos) e hidrolisado enzimático de proteínas (peptona). Os estudos envolveram: determinação dos parâmetros fermentativos de duas leveduras vinícolas em meios contendo diferentes fontes de carbono e diferentes fontes de nitrogênio apresentando diferentes complexidades estruturais; analise da composição de aminoácidos livres e na forma peptídica presente nos meios de cultura antes e após a fermentação; analise da distribuição de peptídeos nos meios de cultura antes e após o processo fermentativo. Os cultivos foram realizados com e sem agitação, situações que permitem observar o efeito do oxigênio no metabolismo das leveduras. Nas culturas agitadas, no geral, quando as leveduras vinícolas são cultivadas em glicose, frutose e glicose mais frutose, a fonte nitrogenada peptona é a que propicia melhores condições de fermentação, com maior produção de biomassa e etanol. A presença de oxigênio exerce forte impacto no processo fermentativo, nos meios suplementados com casaminoácidos e sulfato de amônio, com baixa produção de biomassa e etanol e perda acentuada da viabilidade celular. / The present work had a general objective to identify the stages or physiological states important that determine the fermentative performance in industrial yeasts in media supplemented with nitrogen sources with different structural complexity, using wine yeasts. The specific aim of this work was to study the effect of the complexity of nitrogen source on the differential utilization of glucose over fructose. The culture media contained glucose, fructose and a mixture of glucose and fructose as carbon sources, and a nitrogen source that varied of a simple ammonium salt, to an acid protein hydrolyzates (casamino acids) and enzymatic protein hydrolyzates (peptone). The studies involved: determination of the fermentative parameters of industrial yeast in media containing various sources of different carbon and nitrogen sources with different structural complexities; analyses of amino acids composition in the free and peptide form present in the culture media before and after fermentation; analyses of peptides distribution in the culture media before and after the fermentative process. In general, when the wine yeasts are grown on glucose, fructose and a mixture of glucose and fructose, peptone is the nitrogen source with better fermentative conditions, inducing higher biomass and ethanol production. Conversely, agitation induced strong impact in the fermentative process in media supplemented with casamino acids and ammonium sulfate, with low biomass and ethanol production. In unshaken fermentation of glucose and glucose plus fructose, in all nitrogen supplements, despite low biomass production, sugars are efficiently utilized by both strains, with high production of ethanol and preserving yeast viability. As expected, wine strains do not ferment fructose as efficiently as glucose, and the nitrogen complexity of nitrogen source accentuate the glucose to fructose discrepancy.

Este projeto tem como finalidade o estudo da produção contínua de etanol em biorreator, por células de levedura imobilizadas por envolvimento, usando como meio de cultivo soro de queijo, um resíduo industrial potencialmente poluente. Na primeira etapa do estudo foi determinada, usando processo em batelada, a temperatura ótima para ser aplicada nos biorreatores de 300C para a Kluyveromyces marxianus CBS 6556 e de 370C para a Saccharomyces cerevisiae recombinante BLR 014. Posteriormente, foram realizados cultivos em biorreator contínuo de mistura completa (CSTR) com as células livres em suspensão para comparação com a produtividade de cultivos imobilizados. Os resultados mostraram que para a K. marxianus a taxa máxima a ser aplicada ao sistema é de 0,20 h-1 e para a S. cerevisiae recombinante de 0,10 h-1. Na etapa final, foram realizados os cultivos com as células imobilizadas por envolvimento em alginato de cálcio usando biorreator de fluxo pistonado com diferentes taxas de diluição (0,05 h-1, 0,10 h-1 e 0,20 h-1). Os resultados sugerem que ambas as cepas de levedura perdem produtividade com o decorrer do tempo de cultivo nas taxas de diluição maiores, provavelmente pela perda de viabilidade. Com o objetivo de averiguar se a perda de produtividade foi causada pela técnica de imobilização ou pela presença de componentes tóxicos no soro de queijo foram realizados experimentos com K. marxianus e uma cepa comercial de Saccharomyces cerevisiae KI em meio complexo YEPD. A cepa comercial não apresentou a perda de produtividade e a K. marxianus mostrou o mesmo perfil para ambos os meios, demonstrando que a imobilização e a composição do soro não afetam a produtividade, assim provavelmente esta queda seja causada por características no crescimento e metabolismo das cepas em questão. / The aim of this present work was to study a continuous alcohol production from cheese whey (potencial pollutant) using immobilized yeasts cells. In the first step of this work , the best temperature to be used on the bioreactor was determined using batch cultures. The temperature was 300C to Kluyveromyces marxianus CBS 6556 and 370C to Saccharomyces cerevisiae recombinant BLR 014. After this, were made cultivations on continuous stirred tank reactor (CSTR) using free cells for productivity comparation with immobilized cells reactors. Our results showing that maximum dilution rate to K. marxianus was 0.20 h-1 and to S. cerevisiae recombinant was 0,10 h-1 before cells wash out. In the final step, were made cultivations using alginate-immobilized cells in a plug-flow reactor with different dilution rates (0.05 h-1, 0.10 h-1 and 0.20 h-1). The results suggest that both yeast strains lost productivity when the high dilution rates was applied on the sistem, probably because the lost of cells viability. To investigate if the lost of productivity was consequence of immobilization technique or the presence of toxics or inhibitory components, were made cultivations on a complexe medium using a comercial strain S. cerevisiae KI and K. marxianus. The results showing that the comecial strain did not loose productivity so drastically and the K. marxianus showing the same behavior. In addition, the productivity lost probably was a consequence of metabolism and growth characteristics of the strains.

BARROS, E. M. Produção de etanol por sacarificação e fermentação simultâneas a partir do bagaço de caju pré-tratado com Ácido-Álcali. 2015. 87 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-12-11T12:46:01Z No. of bitstreams: 1 2015_disembarros.pdf: 1996242 bytes, checksum: d07a4607aa310b6b5f74fe5950e6b45b (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-12-18T13:47:20Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_disembarros.pdf: 1996242 bytes, checksum: d07a4607aa310b6b5f74fe5950e6b45b (MD5) / Made available in DSpace on 2015-12-18T13:47:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_disembarros.pdf: 1996242 bytes, checksum: d07a4607aa310b6b5f74fe5950e6b45b (MD5) Previous issue date: 2015-08-25 / In this work was studied ethanol production from cashew apple bagasse after acid followed by alkali pretreatment (CAB-OH) using theSimultaneous Saccharification and Fermentation (SSF) processes. In SSF process was utilized the yeast Kluyveromycesmarxianus ATCC36907and the enzymatic complex Celluclast1.5L (30 FPU.gcellulose-1). The assays were conducted in 250mL Erlenmeyer flasks with 100mL of culture medium (sodium citrate buffer 50mM pH 4.8, supplemented with yeast extract 1 g/L and ammonium sulfate 1 g/L and the desired bagasse concentration in %w/v), the initial cells concentration was 5 g/L, the temperature was 40°C and 150rpm of rotation. First, a batch process was performed to evaluate the enzymatic supplementation of culture medium with cellobiase (NS50010-Novozymes) with an activity of 60 CBU.gcellulose-1. The supplemented process with cellobiase had the highest ethanol production (30 g/L) and ethanol efficiency (93%) than the non-supplemented and the subsequent studies were performed with supplementation. After, was realized the evaluation of CAB-OH load (7.5, 10, 15 e 20%w/V) in processes with (PSSF) and without pre-saccharification (SSF). The highest ethanol production corresponded to SSF processes with bagasse load of 15%, this being also the highest productivity, and PSSF with bagasse concentration of 20% and these processes were statistic similar within the standard deviation of the samples in relation to ethanol production. However, the SSF and PSSF processes with 10% of dry matter had the highest efficiency (98%) and yield feedstock in ethanol of study (32gEthanol/KgCAB). After, feeding strategies with SSF processes have been made to eliminate inhibitory effects in batch processes with high loadings of solids. There were evaluated feeding strategies: two with initial CAB-OH load of 10% and 20% in the end (a strategy with two feeds and one with four) and another with initial load of 15% and final of 25% (with four feeds). All processes, with the exception of 7.5% load, had %VethanolVsolution-1 above 4% and the fed batch processes reached a similar ethanol production (68 g/L), towering in 17% the ethanol concentration compared to batch process with load of 20%. All processes, with the exception of 7.5 % load, had %Vethanol/Vsolution above 4% and the fed batch processes reached the highest ethanol production of study (68 g/L). The processes with initial load of 10 % and final of 20 % reached a higher efficiency (81 %), but the process that reached the highest productivity was the process with the initial load of 15 % and final of 25 % (2,4 g/L.h), and high ethanol global yield too (32 gEthanol/KgCAB), so this process achieved the best results of present study. Based on the results presented, CAB-OH showed a promising substrate for ethanol production by SSF and PSSF processes, conducted by batch and fed batch method, using high loadings of solids. / Neste trabalho foi estudadaaprodução de etanol por processos de Sacarificação e Fermentação Simultâneas (SSF) usando o bagaço de caju pré-tratado com ácido-álcali (CAB-OH) como matéria-prima. Nos processos de SSF foi utilizada a levedura KluyveromycesmarxianusATCC36907e o complexo enzimático Celluclast 1.5L (30 FPU.gcelulose-1). Os experimentos foram conduzidos em Erlenmeyers de 250 mL com 100 mL de meio SSF (tampão citrato de sódio 50 mMapH 4,8; suplementado com 1 g/L de extrato de levedura e 1 g/L de sulfato de amônio, e a carga de CAB-OH desejada em %m/V), a concentração inicial de células de 5 g/L, temperatura de 40°C e rotação de 150 rpm. Primeiramente, um processo em batelada foi realizado para avaliar a necessidade de suplementação com a enzima celobiase (NS50010–Novozymes) com atividade de 60 CBU/gcelulose-1. O processo SSF conduzido com a suplementação decelobiaseobteveuma maior produção máxima de etanol (30 g/L) e maior eficiência (93%) em relação ao não-suplementado, sendo os estudos posteriores conduzidos com as enzimas celulases e celobiases. Em seguida, realizou-se o estudo da avaliação da carga de CAB-OH (7,5, 10, 15 e 20 %m/V), em processos sem pré-sacarificação (SSF) e compré-sacarificação(PSSF). A maiorconcentração de etanol (58 g/L)ocorreu nos processos SSF com carga de 15%, sendo esse também o de maior produtividade, e PSSF com carga de 20%, não apresentando diferença significativa na produção máxima de etanol entre os dois processos. No entanto, osprocessos SSF e PSSFusando 10% CAB-OH apresentaram a maioreficiência (98%)e rendimento global em etanol do estudo (40gEtanol/KgCAB).Posteriormente, foram realizadas estratégias de alimentação, em conjunto com processos SSF, de forma a eliminar efeitos inibitórios presentes em processos em batelada com elevadas cargas de sólidos. Foram avaliadas estratégias de alimentação de substrato: duas com carga inicial de 10% e atingindo 20% (uma com duas alimentações e outra com quatro) e uma com carga inicial de 15% e final de 25% (quatro alimentações). Todos os processos, exceto os de carga de 7,5%, apresentaram %Vetanol/Vsolução acima de 4% e os processos em batelada alimentada atingiram a maior produção de etanol do estudo(68g/L). Os processos com carga inicial de 10 % e final de 20 % apresentaram uma maior eficiência (81 %), porém o processo que apresentou maior produtividade foi com carga inicial de 15% e final de 25% (2,4 g/L.h), e também rendimento global em etanol elevado (32 gEtanol/KgCAB), de forma que esse foi o processo com melhores resultados do presente estudo. Com isso, o CAB-OH se mostrou um substrato promissor para a produção de etanol por processos SSF e PSSF, conduzidosem batelada e batelada alimentada, utilizando elevadas cargas de sólidos.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Química, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-08-11T17:33:32Z No. of bitstreams: 1 2017_IsabelaCastrodeAlmeida.pdf: 6885936 bytes, checksum: 742995652a42e8191db269881d3a1907 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-09-20T16:22:45Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_IsabelaCastrodeAlmeida.pdf: 6885936 bytes, checksum: 742995652a42e8191db269881d3a1907 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-20T16:22:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_IsabelaCastrodeAlmeida.pdf: 6885936 bytes, checksum: 742995652a42e8191db269881d3a1907 (MD5) Previous issue date: 2017-09-20 / O presente trabalho avaliou o potencial de utilização do arroz BRS AG, desenvolvido pela Embrapa Clima Temperado, como biomassa para a produção de etanol. Comparativamente, também foram realizados estudos sobre a conversão do arroz comercial (BRS PAMPA) em etanol. Inicialmente o amido presente no arroz é hidrolisado à açucares monoméricos fermentáveis, glicose, para posterior processo de fermentação. Isso porque a principal levedura utilizada, Saccharomyces cerevisiae, não consegue converter diretamente o amido em etanol. O processo de conversão do amido presente no arroz comercial (BRS PAMPA) em glicose foi otimizado, variando-se o tempo de ação das enzimas, para posterior utilização das melhores condições reacionais na hidrólise do arroz BRS AG. Na reação de hidrólise que levou a maior concentração final de glicose (130,16 g/L), a etapa de liquefação com a enzima Termamyl 2X ocorreu por 1 h, seguida da sacarificação com a enzima AMG 300 L por 3 h. Adotando-se as mesmas condições reacionais, obteve-se 133,28 g/L de glicose para a hidrólise com o arroz BRS AG. Avaliou-se o comportamento de diferentes linhagens comerciais da levedura S. cerevisiae: BG-1; CAT-1; FT-858; JP-1; PE-2; SA-1, em reações de fermentação dos hidrolisados de arroz, sob agitação de 150 rpm e temperatura de 32 ˚C, conduzidas em Shaker Orbital. Os maiores rendimentos das fermentações com o hidrolisado de arroz comercial foram obtidos pelas leveduras SA-1, rendimento de 93% e concentração final de etanol de 58,92 g/L, e CAT-1, rendimento de 92,7% e concentração final de etanol de 58,93 g/L. Para as fermentações com o hidrolisado de arroz gigante, os maiores rendimentos foram obtidos pelas leveduras FT-858, rendimento de 94,8% e concentração final de etanol de 66,13 g/L, e CAT-1, rendimento de 94,4% e concentração final de etanol de 65,85 g/L. Após análise dos resultados obtidos para as fermentações com as diferentes linhagens da S. cerevisiae, a levedura CAT-1 foi utilizada nas fermentações realizadas em reator. O rendimento para a fermentação com arroz comercial foi de 57,9% e para o arroz gigante 59,2%. Os valores obtidos foram baixos em comparação as fermentações realizadas com essa levedura para os hidrolisados de arroz em erlenmeyer no sistema de agitação em Shaker Orbital. O volume ocupado no reator com os respectivos hidrolisados de arroz correspondia a 30% do volume total. Em contrapartida, ocupou-se 56% do volume total do erlenmeyer com os hidrolisados para as fermentações realizadas em Shaker Orbital. Com isso, a maior quantidade de oxigênio presente nas fermentações em reator favoreceu o crescimento celular, à fermentação anaeróbica, obtendose menor rendimento de etanol. Além disso, os valore obtidos para o rendimento de etanol após fermentação dos hidrolisado foram baixos em comparação a plantas eficientes de produção etanol de milho. Dessa forma, esse trabalho possui como perspectivas futuras a otimização dos parâmetros fermentativos, visando a melhoria do processo, a obtenção de maiores rendimentos de etanol, e menor formação de coprodutos. Como um estudo preliminar, o processo de obtenção de etanol a partir de arroz (BRS AG e comercial) foi simulado com o auxílio do software Aspen Plus®, permitindo estabelecer condições operacionais para determinação dos balanços de massa das correntes de processo. Resultados das simulações mostraram que existe um grande potencial de simuladores de processos químicos aliados as informações provenientes de fermentações realizadas em escala de laboratório. / The present study evaluated the potential of BRS AG, also called giant rice, as biomass for ethanol production. Comparatively, studies on the conversion of commercial rice (BRS PAMPA) into ethanol were also carried out. Initially the starch present in the rice is hydrolyzed into fermentable monomeric sugars, glucose, for later fermentation process. This is because the main yeast used, Saccharomyces cerevisiae don't convert the starch to ethanol directly. The starch conversion present in commercial rice (BRS PAMPA) to glucose was optimized varying the time of enzymes action. The best reaction conditions were used in the hydrolysis of BRS AG rice. The hydrolysis reaction that led to the highest final glucose concentration (130.16 g/L) was performed with 1 h of liquefaction using Termamyl 2X, followed by saccharification with AMG 300 L for 3 h. The same reaction conditions were adopted with BRS AG rice hydrolysis and the glucose concentration obtained was 133.28 g/L. Different commercial strains of S. cerevisiae yeast, BG-1; CAT-1; FT-858; JP-1; PE-2; SA-1, were evaluated in fermentation reactions of rice hydrolyzates, performed in Shaker Orbital. The highest yields fermentation with commercial rice hydrolyzate were obtained by SA-1 yeasts, 93% yield and ethanol concentration of 58.92 g/L, and CAT-1, 92.7% yield and ethanol concentration of 58.93 g/L. For fermentations with giant rice hydrolyzate, highest yields were obtained by FT-858 yeast, 94.8% yield and ethanol concentration of 66.13 g/L, and CAT-1, yield 94.4 % and ethanol concentration of 65.85 g/L. After analyzed the fermentations results with different strains of Saccharomyces cerevisiae, the yeast CAT-1 was used in the fermentations carried out in the reactor. The yield obtained for fermentation of commercial rice was 57.9% and for the giant rice 59.2%. These values were low compared to the fermentations carried out in erlenmeyers with this yeast for rice hydrolyzates in the Shaker Orbital stirring system. The volume occupied in the reactor with the respective rice hydrolyzates corresponded to 30% of the total volume. In contrast, 56% of the erlenmeyer total volume was filled with the hydrolyzates for the fermentations carried out in Shaker Orbital. In this way, higher amount of oxygen present in the reactor fermentations favored the cell growth, to the anaerobic fermentation, obtaining a lower ethanol yield. In addition, the values obtained for ethanol yield after fermentation of rices hydrolyzate were low compared to yield of efficient corn ethanol production plants. Thus, this work has as future prospects the optimization of fermentation parameters, aiming to improve the process, obtaining higher ethanol yields, and lower co-product formation. As a preliminary study, the process of ethanol production from rice (BRS AG and commercial) was simulated with aid of Aspen Plus® software, allowing to establish operational conditions for determination of the mass balance of the process streams. Simulations results showed that there is a great potential of chemical processes simulators allied to the information obtained from fermentations carried out in laboratory scale.

Este projeto tem como finalidade o estudo da produção contínua de etanol em biorreator, por células de levedura imobilizadas por envolvimento, usando como meio de cultivo soro de queijo, um resíduo industrial potencialmente poluente. Na primeira etapa do estudo foi determinada, usando processo em batelada, a temperatura ótima para ser aplicada nos biorreatores de 300C para a Kluyveromyces marxianus CBS 6556 e de 370C para a Saccharomyces cerevisiae recombinante BLR 014. Posteriormente, foram realizados cultivos em biorreator contínuo de mistura completa (CSTR) com as células livres em suspensão para comparação com a produtividade de cultivos imobilizados. Os resultados mostraram que para a K. marxianus a taxa máxima a ser aplicada ao sistema é de 0,20 h-1 e para a S. cerevisiae recombinante de 0,10 h-1. Na etapa final, foram realizados os cultivos com as células imobilizadas por envolvimento em alginato de cálcio usando biorreator de fluxo pistonado com diferentes taxas de diluição (0,05 h-1, 0,10 h-1 e 0,20 h-1). Os resultados sugerem que ambas as cepas de levedura perdem produtividade com o decorrer do tempo de cultivo nas taxas de diluição maiores, provavelmente pela perda de viabilidade. Com o objetivo de averiguar se a perda de produtividade foi causada pela técnica de imobilização ou pela presença de componentes tóxicos no soro de queijo foram realizados experimentos com K. marxianus e uma cepa comercial de Saccharomyces cerevisiae KI em meio complexo YEPD. A cepa comercial não apresentou a perda de produtividade e a K. marxianus mostrou o mesmo perfil para ambos os meios, demonstrando que a imobilização e a composição do soro não afetam a produtividade, assim provavelmente esta queda seja causada por características no crescimento e metabolismo das cepas em questão. / The aim of this present work was to study a continuous alcohol production from cheese whey (potencial pollutant) using immobilized yeasts cells. In the first step of this work , the best temperature to be used on the bioreactor was determined using batch cultures. The temperature was 300C to Kluyveromyces marxianus CBS 6556 and 370C to Saccharomyces cerevisiae recombinant BLR 014. After this, were made cultivations on continuous stirred tank reactor (CSTR) using free cells for productivity comparation with immobilized cells reactors. Our results showing that maximum dilution rate to K. marxianus was 0.20 h-1 and to S. cerevisiae recombinant was 0,10 h-1 before cells wash out. In the final step, were made cultivations using alginate-immobilized cells in a plug-flow reactor with different dilution rates (0.05 h-1, 0.10 h-1 and 0.20 h-1). The results suggest that both yeast strains lost productivity when the high dilution rates was applied on the sistem, probably because the lost of cells viability. To investigate if the lost of productivity was consequence of immobilization technique or the presence of toxics or inhibitory components, were made cultivations on a complexe medium using a comercial strain S. cerevisiae KI and K. marxianus. The results showing that the comecial strain did not loose productivity so drastically and the K. marxianus showing the same behavior. In addition, the productivity lost probably was a consequence of metabolism and growth characteristics of the strains.

Este projeto tem como finalidade o estudo da produção contínua de etanol em biorreator, por células de levedura imobilizadas por envolvimento, usando como meio de cultivo soro de queijo, um resíduo industrial potencialmente poluente. Na primeira etapa do estudo foi determinada, usando processo em batelada, a temperatura ótima para ser aplicada nos biorreatores de 300C para a Kluyveromyces marxianus CBS 6556 e de 370C para a Saccharomyces cerevisiae recombinante BLR 014. Posteriormente, foram realizados cultivos em biorreator contínuo de mistura completa (CSTR) com as células livres em suspensão para comparação com a produtividade de cultivos imobilizados. Os resultados mostraram que para a K. marxianus a taxa máxima a ser aplicada ao sistema é de 0,20 h-1 e para a S. cerevisiae recombinante de 0,10 h-1. Na etapa final, foram realizados os cultivos com as células imobilizadas por envolvimento em alginato de cálcio usando biorreator de fluxo pistonado com diferentes taxas de diluição (0,05 h-1, 0,10 h-1 e 0,20 h-1). Os resultados sugerem que ambas as cepas de levedura perdem produtividade com o decorrer do tempo de cultivo nas taxas de diluição maiores, provavelmente pela perda de viabilidade. Com o objetivo de averiguar se a perda de produtividade foi causada pela técnica de imobilização ou pela presença de componentes tóxicos no soro de queijo foram realizados experimentos com K. marxianus e uma cepa comercial de Saccharomyces cerevisiae KI em meio complexo YEPD. A cepa comercial não apresentou a perda de produtividade e a K. marxianus mostrou o mesmo perfil para ambos os meios, demonstrando que a imobilização e a composição do soro não afetam a produtividade, assim provavelmente esta queda seja causada por características no crescimento e metabolismo das cepas em questão. / The aim of this present work was to study a continuous alcohol production from cheese whey (potencial pollutant) using immobilized yeasts cells. In the first step of this work , the best temperature to be used on the bioreactor was determined using batch cultures. The temperature was 300C to Kluyveromyces marxianus CBS 6556 and 370C to Saccharomyces cerevisiae recombinant BLR 014. After this, were made cultivations on continuous stirred tank reactor (CSTR) using free cells for productivity comparation with immobilized cells reactors. Our results showing that maximum dilution rate to K. marxianus was 0.20 h-1 and to S. cerevisiae recombinant was 0,10 h-1 before cells wash out. In the final step, were made cultivations using alginate-immobilized cells in a plug-flow reactor with different dilution rates (0.05 h-1, 0.10 h-1 and 0.20 h-1). The results suggest that both yeast strains lost productivity when the high dilution rates was applied on the sistem, probably because the lost of cells viability. To investigate if the lost of productivity was consequence of immobilization technique or the presence of toxics or inhibitory components, were made cultivations on a complexe medium using a comercial strain S. cerevisiae KI and K. marxianus. The results showing that the comecial strain did not loose productivity so drastically and the K. marxianus showing the same behavior. In addition, the productivity lost probably was a consequence of metabolism and growth characteristics of the strains.

PINHEIRO, A. D. T. Viabilidade técnica e econômica da produção de etanol a partir do suco de caju por Saccharomyces cerevisiae floculante. 2015. 182 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-12-14T12:47:10Z No. of bitstreams: 1 2015_tese_adtpinheiro.pdf: 3859351 bytes, checksum: b8cd9c0ad4713c5bb5dd7f2b79a62082 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-12-18T13:34:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_tese_adtpinheiro.pdf: 3859351 bytes, checksum: b8cd9c0ad4713c5bb5dd7f2b79a62082 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-12-18T13:34:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_tese_adtpinheiro.pdf: 3859351 bytes, checksum: b8cd9c0ad4713c5bb5dd7f2b79a62082 (MD5) Previous issue date: 2015-05-05 / Given the current situation in which it is the global energy sector, biofuels have been gaining more space, earning special attention the ethanol, which has shown growing demands. From this scenario, the objective of this work was to develop a bioprocess technically and economically practicable for ethanol production from cashew apple juice, using yeast Saccharomyces cerevisiae (CCA008) genetically modified containing a flocculent gene (FLO5α). The work was divided in 4 four stages that are linked throughout the study. In the first stage was evaluated the temperature influence (26, 30, 34, 38 and 42°C), the inoculum concentration (3, 5, 8 and 10 g.L-1) and the stirring speed (80, 150, 300, 490, 650 and 800 rpm), so it could be determined the best conditions to maximize ethanol production. It was observed that the temperature operating parameter, the initial cellular concentration, substrate concentration and stirring exerted influence on the alcoholic fermentation of the cashew apple juice. The best performance to the fermentative process (98,8 %) happened when the process was conducted at 34 °C, under 150 rpm stirring and 5 g.L-1 of initially cell concentration. The second stage was intended to describe the process efficiency in face of the operation parameters evaluated in fermentation. To this end, it was successfully used statistic models to describe the interaction between the initial substrate concentration, temperature, initial cell concentration, stirring and their possible effects on the yield. The model that best fit the experimental data was used to obtain the optimum conditions from the operating variables, indicating the following conditions as great: substrate concentration (S0) of 102 g.L-1, temperature (T) at 34°C, inoculum concentration (X0) of 5 g.L-1 and stirring (Agit) of 140 rpm, predicting a 98,80 % of efficiency. In the third stage was studied ethanol production in optimum conditions, being used to implement the scale up process, in which the data obtained in a 1L bioreactor batch were used to predict the fermentation behavior in a 14L bioreactor batch, using the volumetric power consumption as a parameter to scale-up. Using this factor as being of 10,67 kW/m3, it was possible to calculate the fermenter stirring power in a 14 times bigger volume, as well as foresee which stirring would be necessary so the fermentation can occur, similarly as in the lower volume fermenter. Results showed that yield from the 14L bioreactor were satisfactory, having a small difference (96,56 % ± 0,3 %) between yield from the 1L bioreactor (98,80 % ± 1,6 %). The fourth and last stage was rated the technical and economic viability of the process. Analyzing results, it is possible to say the industrial process here proponed has shown technical viability, since the value obtained for the process yield (68 L/ton), was close to sugar cane fermentation (61 – 72 L/ton). However, it did not show economic viability since the industrial unity provides negative cash flow (- R$ 93.840.874) in the end of 10 years that was analyzed. So, new studies must be conducted in order to make this process economically viable, this possibility being observed in various scenarios generated in analyzing the sensibility of process, which presents possible economically viable settings. / Diante da conjuntura atual em que se encontra o setor energético mundial, os biocombustíveis vêm ganhando cada vez mais espaço, merecendo atenção especial o etanol, o qual apresenta demanda crescente. A partir desse cenário, o objetivo do presente trabalho foi desenvolver um bioprocesso tecnicamente e economicamente viável para produção de etanol a partir do suco de caju, utilizando levedura Saccharomyces cerevisiae (CCA008) geneticamente modificada contendo gene floculante (FLO5α). O trabalho foi dividido em 4 quatro etapas que se interligam durante todo o estudo. Na primeira etapa foi avaliada a influência da temperatura (26, 30, 34, 38 e 42°C), da concentração de inóculo (3, 5, 8 e 10 g.L-1) e da velocidade de agitação (80, 150, 300, 490, 650 e 800 rpm) para que as condições ótimas que maximizam a produção de etanol, fossem determinadas. Observou-se que os parâmetros operacionais de temperatura, concentração celular inicial, concentração de substrato e agitação exerceram influência na fermentação alcoólica do suco de caju. O melhor rendimento para o processo fermentativo (98,8 %) ocorreu quando o processo foi conduzido a 34 °C, sob agitação de 150 rpm e contendo incialmente 5 g.L-1 de células. Na segunda etapa, pretendeu-se descrever o rendimento do processo em função dos parâmetros operacionais avaliados na fermentação. Para tanto, utilizaram-se, com sucesso, modelos estatísticos para descrever a interação entre a concentração inicial de substrato, temperatura, concentração celular inicial, agitação e seus possíveis efeitos no rendimento. O modelo que melhor se ajustou aos dados experimentais foi utilizado na obtenção das condições ótimas das variáveis operacionais, indicando as seguintes condições como ótimas: concentração de substrato (S0) de 100 g.L-1, temperatura (T) igual a 34 °C, concentração de inóculo (X0) igual a 5 g.L-1 e agitação (Agit) de 140 rpm, predizendo um rendimento de 98,80 %. Na terceira etapa, realizou-se o estudo da produção de etanol nas condições ótimas, sendo as mesmas utilizadas para implementar a ampliação de escala do processo, na qual os dados obtidos em biorreator batelada de 1L foram utilizados para predizer o comportamento da fermentação em biorreator batelada de 14L, utilizando a potência por unidade de volume como parâmetro de scale-up. Utilizando tal fator como sendo de 10,67 kW/m3, foi possível calcular a potência de agitação do fermentador de volume 14 vezes maior, assim como prever qual agitação seria necessária para que a fermentação ocorresse de forma semelhante à ocorrida no fermentador de menor volume. Os resultados mostraram que o rendimento obtido no biorreator de 14L foi satisfatório, apresentando uma pequena diferença (96,56 % ± 0,3 %) para o biorreator de 14L em relação ao rendimento obtido para o de 1L (98,80 % ± 1,6 %). Como quarta e ultima etapa, avaliou-se a viabilidade técnica e econômica do processo. Analisando os resultados obtidos, é possível afirmar que o processo industrial proposto apresentou viabilidade técnica, uma vez que o valor obtido para o rendimento do processo (68 L/ton), foi próximo ao da fermentação da cana-de-açúcar (61 – 72 L/ton). Contudo, o mesmo não apresentou viabilidade econômica, uma vez que a unidade industrial proporciona um fluxo de caixa negativo (- R$ 93.840.874) ao final dos 10 anos em que foi analisado. Assim, novos estudos devem ser realizados com o intuito de tornar tal processo economicamente viável, sendo esta possibilidade observada nos vários cenários gerados na análise de sensibilidade do processo, o qual apresenta possíveis configurações economicamente viáveis.

Nos últimos anos, é crescente a busca por tecnologias que permitam que a produção de álcool gerado a partir de fontes renováveis substitua os principais combustíveis utilizados atualmente, que são provenientes do petróleo. A utilização dos resíduos gerados a partir dos processos agrícolas, que são ricos em açúcares, é uma alternativa para a produção de bioetanol pela levedura Saccharomyces cerevisiae. Os processos utilizados com esse fim, como a hidrólise ácida diluída, geram uma diversidade de açúcares (pentoses e hexoses), como glicose, manose, xilose e arabinose. Além dos açúcares, ocorre a geração de compostos tóxicos às células, como furfural, 5-hidroximetilfurfural (HMF), compostos fenólicos e ácidos orgânicos, e também alta pressão osmótica. Além disso, S. cerevisiae não é capaz de utilizar pentoses como fonte de carbono para fermentação, e a viabilidade econômica desse processo depende da conversão quase total de todos os açúcares a etanol. Com isso é necessário o uso de linhagens fermentadoras de pentoses e hexoses que sejam resistentes às toxinas geradas, para que o hidrolisado seja utilizado sem um processo prévio de destoxificação. Nesse trabalho, foi obtida por engenharia evolutiva uma linhagem de de S. cerevisiae resistente ao HMF, nomeada P6H9. Foi avaliada a indução da expressão gênica na presença de HMF e observou-se que os genes ADH7 E ARI1 são responsáveis pela resistência a esse composto. Também foi possível observar que as mudanças no metabolismo dessa levedura para destoxificação do meio não possibilitam o aumento na produção de etanol. Também foi obtida uma linhagem da levedura fermentadora de pentoses Wickerhamomyces anomalus resistente a furfural e HMF, nomeada WA-HF5,5. Foi possível definir a grande importância das enzimas álcool desidrogenases na destoxificação desses compostos. Finalmente, essas duas leveduras foram avaliadas quanto à capacidade de produção de etanol em hidrolisados lignocelulósicos de casca de soja e casca de arroz, isoladamente, ou em sistemas de co-cultivos em frascos agitados. As melhores produtividades em etanol foram apresentadas em hidrolisado de casca de arroz, e os cultivos foram escalonados para sistemas de biorreatores. Foi observado que o sistema de co-cultivo possui vantagens e grande potencial para a produção de etanol de segunda geração. / In recent years, there is a crescent interest for technologies that enable the production of alcohol originated from renewable sources, in replacement of the fossil fuels. The use of waste generated from agricultural processes, which are rich in sugars, is an alternative for the production of bioethanol by the yeast Saccharomyces cerevisiae. The processes used for this purpose, such as dilute acid hydrolysis, releases a diversity of sugars (pentoses and hexoses), such as glucose, mannose, xylose and arabinose. In addition to sugars, toxic compounds to cells are also generated, such as furfural, 5-hydroxymethylfurfural (HMF), phenolic compounds, organic acids, and also high osmotic pressure. The economic feasibility of the process depends of the complete conversion of major sugars present ih the medium to ethanol. As S. cerevisiae is not able to metabolize pentoses, it is necessary to use strains that ferment pentoses and hexoses to ethanol, which are resistant to the toxins formed, in order to the hydrolyzate be fermented without previous detoxification processes.In this work, a strain of S. cerevisiae resistant to HMF, named P6H9, was obtained by evolutionary engineering. It was observed that the ARI1 and ADH7 genes are responsible for HMF resistance. It was also observed that the detoxification process causes changes in the metabolism of this yeast. Because of that, it is not possible increase the ethanol production. A strain of the fermenting pentoses yeast Wickerhamomyces anomalus was also obtained by evolutionary engineering, that is resistant to furfural and HMF. This strain is named WA-HF5, 5. On physiological evaluations, it was clear that alcohol dehydrogenase activity possesses importance in furaldehydes detoxification. Finally, the ability of these two strains produce ethanol in lignocellulosic hydrolysates was investigated. Best yields of ethanol were presented in rice hull hydrolysate. It was observed that the co-culture system shows advantages and have potential for the production of second generation ethanol.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Tecnologias Química e Biológica, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-07-27T14:32:41Z No. of bitstreams: 1 2017_RomairaGuedesRodrigues.pdf: 2198966 bytes, checksum: 3fe8c9e11ec884b6de26e2c0a7a628a3 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-08-29T20:58:31Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_RomairaGuedesRodrigues.pdf: 2198966 bytes, checksum: 3fe8c9e11ec884b6de26e2c0a7a628a3 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-29T20:58:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_RomairaGuedesRodrigues.pdf: 2198966 bytes, checksum: 3fe8c9e11ec884b6de26e2c0a7a628a3 (MD5) Previous issue date: 2017-08-29 / O aumento da produção de fontes de energias alternativas oriundas de biomassas renováveis em especial biocombustíveis, como o etanol, em substituição gradual do petróleo é visto como um importante contribuinte para o desenvolvimento de uma sociedade industrial sustentável e eficaz. O Brasil é o produtor de etanol mais competitivo do mundo, com um mercado doméstico bem desenvolvido, cada vez mais estimulado pelo crescimento das vendas de carros “flex-fuel”. A produção de etanol é realizada por processo fermentativo, graças à ação biológica das leveduras, que convertem os açúcares presentes no mosto, em etanol, gás carbônico e compostos secundários. Entretanto, este processo está sujeito à contaminação por leveduras selvagens, caracterizadas por estarem presentes no processo fermentativo sem terem sido selecionadas para a condução da produção de álcool, competindo pelo substrato e causando problemas ao processo. O objetivo desse trabalho foi estudar a diversidade de micro-organismos contaminantes em duas etapas do processo de produção do etanol. Amostras de mosto e vinho foram coletadas de duas usinas de produção de etanol no estado de Goiás. Foi realizada contagem microbiana ao longo da safra. As colônias selecionadas foram isoladas e armazenadas em glicerol a -80C°C. Foi realizada caracterização fisiológica, não só para a identificação de morfotipos que se destacaram para a produção de etanol como também para a síntese de compostos orgânicos como ácido acético e succínico. Foi realizada a extração de DNA das amostras isoladas em meio YPD e amplificação por PCR das regiões D1-D2 que codifica o gene 28 S para levedura para identificação taxonômica. As sequências geradas foram analisadas utilizando –se banco de dados específico para o gene em questão. As espécies de leveduras que indicaram os maiores hits e destacaram-se nas amostras de mosto e vinho das usinas foram Candida tropicalis, Pichia kudriavzevii e Saccharomyces cerevisae. O conhecimento a respeito dos micro-organismos contaminantes permite a possibilidade de fortalecimento no programa de monitoramento da dinâmica de linhagens de leveduras no processo produtivo das indústrias, pois condições adequadas de assepsia, de armazenamento de melaço, limpeza das dornas e canalizações, e dificuldades para esterilizar grandes volumes de mosto são práticas que contribuem na diminuição do nível de micro-organismos contaminantes. / Increase in production of alternative energy sources deriving from renewable biomass, in particular biofuels like ethanol, in gradual substitution to petrol is perceived as an important contributor for the development of a sustainable and effective industrial society. Brazil is the most competitive ethanol producer of the world, with a well developed domestic market, increasingly stimulated by the growth in sales of flex-fuel cars. Ethanol production is carried out by fermentation process, thanks to the biological action of yeasts, which convert the sugars present in the sugar cane juice into ethanol, carbon dioxide and secondary compounds. However, this process is at risk of contamination by wild strains, characterized by being present in the fermentative process even though they were not selected for the alcool production, and thus competing for substrate and causing problems to the process. The objective of this work was to study the diversity of contaminanting microorganisms in two stages of ethanol production process. Samples of sugar cane juice and wine were collected from two ethanol production plants in the state of Góias. Microbial counting was carried out throughout the harvest. The selected colonies were isolated and stored in glycerol at -80 ° C. Physiological characterization was performed, not only for the identification of morphotype that stood out for ethanol production, but also for the synthesis of organic compounds such as acetic and succinic acid. DNA extraction from samples isolated in YPD medium and amplification through PCR of the D1-D2 regions, which codes for yeast 28S gene were performed for taxonomic Identification. The generated sequences were analyzed using a specific database for the gene in question. The yeast species that had the highest hits and stood out both at sugar cane juice and wine from the distillery were Candida tropicalis, Pichia kudriavzevii and Saccharomyces cerevisiae. Knowledge about contaminating microorganisms allows the possibility of strengthening the monitoring program of the dynamics of yeast strains in the production process of the industries, since adequate conditions of asepsis, storage of molasses, cleaning pipes and difficulties for sterilizing large volumes of sugar cane juice are habits that contribute to the reduction of contaminating microorganisms levels.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Departamento de Biologia Celular, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2018. / Submitted by Fabiana Santos (fabianacamargo@bce.unb.br) on 2018-08-24T19:07:39Z No. of bitstreams: 1 2018_HenriqueCésarTeixeiraVeras.pdf: 6454993 bytes, checksum: f2e75e0b6ae77a86767b5929dc2cfd76 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-08-29T20:55:54Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2018_HenriqueCésarTeixeiraVeras.pdf: 6454993 bytes, checksum: f2e75e0b6ae77a86767b5929dc2cfd76 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-29T20:55:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2018_HenriqueCésarTeixeiraVeras.pdf: 6454993 bytes, checksum: f2e75e0b6ae77a86767b5929dc2cfd76 (MD5) Previous issue date: 2018-08-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). / A demanda mundial por combustível continua crescendo. Entre as fontes alternativas de energia a produção de etanol tem lugar de destaque. No entanto, está produção ainda pode aumentar com o aproveitamento da xilose proveniente da biomassa lignocelulósica. Vários estudos estão sendo realizados para identificar os mecanismos moleculares envolvidos no metabolismo de xilose. Neste estudo é proposto a integração dados fisiológicas e moleculares para caracterizar o fluxo metabólico de leveduras. Foi avaliado a capacidade fermentativa entre diferentes leveduras naturalmente consumidoras de xilose: Scheffersomyces stipitis, Spathaspora passalidarum, Spathaspora arborariae e Candida tenuis. Para entender o metabolismo dessas leveduras foi construído um modelo de fluxo metabólico utilizando as taxas de produção para restringir o modelo e calcular a distribuição interna de carbono. Pela primeira vez, é estimado o fluxo metabólico nas leveduras Spathaspora. O modelo de fluxo metabólico de xilose até a formação de etanol foi inicialmente validado a partir do teste de correlação entre fluxos calculados e medidos. O modelo de fluxo metabólico foi útil para aumentar a acurácia de dados de metaboloma. 74% das taxas de fluxos calculados e medidos apresentaram semelhanças acima de 90%. O modelo caracterizou a S. stipitis e S. passalidarum como tendo as melhores propriedades naturais para fermentar xilose e produzir etanol. / Global demand for fuel continues to grow. Among the alternative sources of energy, the production of ethanol has a prominent place. However, this production can yet increase with the use of xylose from the lignocellulosic biomass. Several studies are being carried out to identify the molecular mechanisms involved in the metabolism of xylose. In this study it is proposed the integration of physiological and molecular data to characterize the metabolic flux of yeasts. It was assessed the fermentative capacity among different yeasts naturally consuming xylose: Scheffersomyces stipitis, Spathaspora passalidarum, Spathaspora arborariae and Candida tenuis. To understand the metabolism of these yeasts a metabolic flux model was constructed using the production rates to constrain the model and to calculate the internal carbon distribution. For the first time, is estimated the metabolic flux into Spathaspora yeasts. The metabolic flux model was initially validated from a correlation test between calculated and measured fluxes. The metabolic flux model was useful to increase accuracy of metabolome data. 74% of calculated and measured fluxes rate shown similarity above 90%. The model characterized S. stipitis and S. passalidarum as having the best natural properties for fermenting xylose and producing ethanol.