CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / As InstituiÃÃes de Ensino Superior sÃo responsÃveis pela produÃÃo de conhecimento cientÃfico, tecnolÃgico e formaÃÃo de opiniÃo. PorÃm, sÃo tambÃm geradoras de uma grande variedade de resÃduos. O uso de resÃduos agroindustriais na remoÃÃo de metais de efluentes à uma alternativa promissora em relaÃÃo Ãs tecnologias existentes. Neste trabalho foram estudadas as propriedades adsorventes do pseudofruto do cajueiro (Anacardium occidentale L.) e o desenvolvimento de metodologias de seu uso no tratamento do resÃduo de Mohr gerado nos laboratÃrios de ensino do departamento de QuÃmica AnalÃtica e FÃsico-QuÃmica da Universidade Federal do CearÃ. Foi estudado o sistema de adsorÃÃo em batelada. Os ensaios preliminares mostraram que o pà do caju à viÃvel na adsorÃÃo de cromo. Foram testadas quatro soluÃÃes para dessorÃÃo, sendo o EDTA 0,05 mol/L o melhor dessorvente. Foram avaliados os efeitos do pH (5,0 e 7,0), secagem â S (estufa e liofilizado), tamanho de partÃcula â P (0,10 â 0,25 e 0,25 â 0,84 mm), massa de adsorvente â m (1,0 e 1,5 g), concentraÃÃo de cromo â C (500 e 1000 mg/L), tempo â t (1 e 3 h) e velocidade de agitaÃÃo â v (0 e 150 rpm), na adsorÃÃo atravÃs de planejamento fatorial fracionÃrio 2^(7-4). Um segundo planejamento fatorial (2^(4-1)) foi realizado para otimizaÃÃo. Neste planejamento as variÃveis foram m (1,0, 2,0 e 3,0 g), C (500, 750 e 1000 mg/L), t (1, 2 e 3 h) e v (0, 150 e 300 rpm), e os parÃmetros fixos pH (7,0), S (estufa) e P (0,25 â 0,84 mm). As regiÃes de mÃxima adsorÃÃo foram mapeadas por grÃficos de contorno. A adsorÃÃo à mÃxima em valores intermediÃrios de m, valores menores de C e valores maiores de t e v. Foi feita a caracterizaÃÃo do adsorvente por infravermelho e fluorescÃncia de raios-X. Para melhor entendimento do mecanismo de adsorÃÃo foram feitos testes de reaÃÃo do cromo com extrato aquoso do adsorvente e monitoramento do pH durante a adsorÃÃo. O mecanismo proposto consiste em duas etapas: reduÃÃo do Cr(VI) em soluÃÃo ou em contato com a superfÃcie; e posterior adsorÃÃo do Cr(III) por troca iÃnica ou complexaÃÃo. Foram estimados parÃmetros de isoterma e cinÃtica com os dados do planejamento 2^(4-1). O modelo de Langmuir foi o mais adequado e a cinÃtica de pseudo-segunda ordem. O tratamento do resÃduo de Mohr promoveu 89,18% de adsorÃÃo de cromo total. O restante do cromo em soluÃÃo (10,82%) ficou na forma de Cr(III), menos tÃxico. Na etapa de dessorÃÃo com EDTA 0,05 mol/L, 33,40% do cromo foi recuperado. Foram propostas alternativas de reutilizaÃÃo do resÃduo em atividades de ensino. / The Higher Education Institutions are responsible for the production of scientific and technological knowledge, and opinion formation. However, they also generate a variety of wastes. The use of agro-industrial wastes in the removal of metals from wastewater is a promising alternative to existing technologies. In this work, the adsorptive properties of cashew pseudo-fruit (Anacardium occidentale L.) were studied and a method was developed for its use in the treatment of Mohr residue generated in teaching laboratories of the Department of Analytical Chemistry and Physical Chemistry of Universidade Federal do CearÃ. The batch adsorption system was studied. The preliminary tests indicated the viability of cashew fiber on chromium adsorption. Four solutions were tested for desorption, and the 0.05 mol/L EDTA was the best desorbent through qualitative tests. The effects of varying pH (5.0 and 7.0), drying â S (drying oven and lyophilized), particle size â P (0.10 â 0.25 and 0.25 â 0.84 mm), adsorbent mass â m (1.0 and 1.5 g), chromium concentration â C (500 and 1000 mg/L), time â t (1 and 3 hours) and stirring speed â v (0 and 150 rpm), in the adsorption process were studied through a 2^(7-4) fractional factorial design. A second factorial design (2^(4-1)) was performed for optimization. In this design the variables were m (1.0, 2.0 and 3.0 g), C (500, 750 and 1000 mg L-1), t (1, 2 and 3 h) and v (0, 150 and 300 rpm), and the fixed parameters were pH (7.0), S (drying oven), and P (0.25 - 0.84 mm). The regions of maximum adsorption were mapped by contour plots. Adsorption achieved a maximum at intermediate m values, lower C values and higher v and t values. The adsorbent was characterized by infrared spectroscopy and X-ray fluorescence. Reaction of chromium with aqueous extract of adsorbent and pH monitoring during adsorption were performed to better understand the mechanism of adsorption. The proposed mechanism consists of two steps: reduction of Cr(VI) in solution or in contact with the surface, and subsequent adsorption of Cr(III) through ion-exchange or complexation. Isotherm and kinetic parameters were estimated from the data obtained with the 2^(4-1) factorial design. The data followed Langmuir model and pseudo-second order kinetics. The Mohr residue treatment achieved 89.18% of total chromium adsorption. The remainder of chromium in solution (10.82%) were present in Cr(III) less toxic form. 33.40% of total chromium were recovered with 0.05 mol/L EDTA in the desorption step. Proposals for reuse of the residue in teaching activities were made.

O glicerol é gerado em grandes quantidades durante a produção de biodiesel e tem se tornado um substrato potencialmente atrativo para a produção bacteriana de produtos de valor agregado, tais como 1,3-Propanodiol (1,3-PD), etanol, hidrogênio e outros. O presente trabalho teve como objetivo a produção de hidrogênio, 1,3-PD e etanol utilizando glicerol residual obtido da síntese do biodiesel. A primeira parte do trabalho visou à produção de hidrogênio utilizando glicerol residual. Nesta etapa, o consórcio microbiano ambiental foi submetido a diferentes tratamentos (ácido, básico, choque térmico, congelamento e descongelamento e dessecação). Os resultados mostraram que a maior produção de hidrogênio ocorreu com o consórcio tratado com dessecação e choque térmico, com produções de 34,2 % mol e 27,3 % mol, respectivamente. A otimização da produção de hidrogênio foi realizada utilizando planejamento experimental e alcançou uma produção máxima de 45 % mol. A próxima etapa do projeto foi isolar as bactérias presentes no consórcio microbiano ambiental. Experimentos em biorreatores foram realizados utilizando glicerol puro e glicerol residual e os resultados mostraram que houve a completa degradação do glicerol pelas bactérias do consórcio e também a produção de 1,3-PD, hidrogênio e ácidos. Nesta etapa, 32 bactérias foram isoladas e testadas para a produção de bioprodutos em experimentos em aerobiose e anaerobiose. Quatro bactérias foram selecionadas e o seqüenciamento do gene foi identificado por 16S rRNA identificou três dos isolados como Klebsiella pneumoniae e um isolado como Pantoea agglomerans. Dentre as quatro bactérias, uma cepa, nomeada como K. pneumoniae BLh-1, foi selecionada para os trabalhos posteriores. Para otimização das condições de cultivo, utilizou-se a seleção de variáveis através do delineamento experimental Plackett Burman (P-B) avaliando a produção de 1,3-PD. Sete variáveis foram estatisticamente significativas e um novo planejamento fracionário 27-3 foi realizado com a finalidade de otimizar o meio de produção. Experimentos em biorreatores mostraram que a produção em bioreator com pH controlado com o meio otimizado no planejamento alcançou uma produção máxima de 23,80 g/L de 1,3-PD com produção de 12,30 g/L de etanol. Os ensaios com alimentação de glicerol residual mostraram que altas taxas de alimentação causam acúmulo de glicerol e diminuem a produtividade de 1,3-PD e etanol. Os estudos utilizando fluorescência 2D e modelo quimiométrico foram aplicados para avaliar as mudanças metabólicas nos cultivos aeróbios e anaeróbios. Os resultados mostraram que houve diferença nas regiões de NADH e riboflavinas ambas associadas ao metabolismo do microorganismo. / Glycerol is generated in large amounts during biodiesel production and it is becoming a potentially attractive substrate for bacterial production for value-added products such as 1,3-propanediol (1,3-PD), ethanol, hydrogen, among others. This work aimed at studying the production of hydrogen, 1,3-PD and ethanol using the raw glycerol obtained by biodiesel synthesis. The first steps were to produce hydrogen using raw glycerol. At this step, the environmental microbial consortium was submitted to different pretreatments (acid, base, heat shock, dry heat and desiccation, freezing and thawing). The results showed that dry heat and desiccation had the higher hydrogen production followed by heat shock with production of 34.2 % mol and 27.3 % mol, respectively.The optimization of hydrogen production was performed using experimental design and had a maximum hydrogen production of 45 % mol. The next spet of this project was to isolate the bacteria present in an environmental microbial consortium. Experiments in bioreactors with the microbial consortium using raw and pure glycerol were carried out and the results showed that there was a complete glycerol degradation by microbial bacteria with productions of 1,3-PD, hydrogen and acids. In this step, 32 bacteria were isolated and tested separately for by-products production under aerobic and anaerobic conditions. Four bacteria were selected and sequence gene realized by 16 S rRNA, three of them were identified as Klebsiella pneumoniae and one isolate identified as Pantoea agglomerans. Among the four bacteria, the strain K. pneumoniae BLh-1 were selected for further experiments. Plackett Burman (P-B) experimental procedure was used for assessing the production of 1,3-PD. Seven variables were statistically significant and a new 27-3 fractional design was conducted with the aim of optimizing culture conditions. Bioreactors experiments using the optimized culture conditions showed that production in bioreactor with controlled pH reached a maximal 1,3-PD production of 23.80 g/L with 12.30 g/L of ethanol. The fed-batch experiments showed that high feeding rates caused glycerol to accumulated in the medium and the1,3-PD and ethanol productivity decreased. The 2D fluorescence metodology was applied in order to study the anaerobic-aerobic changes on K. pneumoniae metabolism. The results showed a significant difference on NADH and riboflavin fluorescence that are fluorescence regions associated to metabolism.

Nessa pesquisa foram testados separadamente dois inóculos solo/compostagem e lodo termofílico de reator anaeróbio de manta de lodo e fluxo ascendente (UASB) do tratamento de vinhaça em relação ao potencial de produção de compostos de valor agregado a partir do bagaço de cana-de-açúcar (BCA) em reatores em batelada em condição mesofílica e termofílica, respectivamente. Pré-tratamentos térmico, ácido e diluição seriada foram aplicados ao inóculo termofílico, como tentativa de inibir as arqueias metanogênicas. A diluição seriada foi o pré-tratamento aplicado em ambos os inóculos, mesofílico e termofílico, para obtenção de consórcio de bactérias fermentadoras. Cinco meios de culturas foram testados como fonte de nutrientes para o crescimento de bactérias celulolíticas e fermentadoras. Dentre esses foi selecionado para os ensaios mesofílicos e termofílicos, o meio de cultura mais complexo suplementado com extrato de levedura. O BCA foi submetido à pré-tratamento biológico, térmico, explosão a vapor, deslignificação alcalina e hidrotérmico sendo o último utilizado nos ensaios do planejamento fatorial. O efeito das variáveis independentes de concentração de extrato de levedura e temperatura foi avaliado na produção de hidrogênio, metano e ácidos orgânicos a partir do inóculo termofílico. O efeito da concentração de extrato de levedura e substrato (BCA) foi avaliado na produção de bioprodutos a partir do inóculo mesofílico (37ºC). A maior produção de hidrogênio foi de 17,30 mmol/L à 60ºC e 3,42 g/L de extrato de levedura para a condição termofílica. Em relação aos ensaios mesofílicos observou-se 1,53 mmol/L com 3,42 e 5,00 g/L de extrato de levedura e BCA, respectivamente. Caracterização taxonômica e funcional dos microrganismos dos reatores de melhor desempenho de produção de hidrogênio dos planejamentos fatoriais termofílico e mesofílico foi realizada por análise Metagenômica (Illumina HiSeq). Nestas condições foram identificados microrganismos dos domínios Archaea, Bacteria, Eukarya, além de vírus. Para o domínio Bacteria foram identificados microrganismos celulolíticos e fermentadores como Coprothermobacter e Clostridium, enquanto para o domínio Archaea, foram identificadas metanogênicas hidrogenotróficas e acetoclásticas, como Methanothermobacter e Methanosarcina. Foram ainda identificados genes codificantes de enzimas catalisadoras da degradação de celulose, hemicelulose e lignina, constituintes principais da biomassa lignocelulósica utilizada como substrato, tais como celulase, carboxylesterase e 2-ácido hidroxi oxidase, respectivamente. Microrganismos aderidos no BCA in natura foram observados por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e identificados por sequenciamento do RNAr 16S, e semelhantes a Streptomyces, Paenibacillus, Stenotrophomonas, Sphingomonas. Os microrganismos do lodo termofílico, solo e compostagem foram caracterizados por sequenciamento do RNAr 16S, e foram semelhantes a Clostridium, Thermoanaerobacter, Caloramator, Anaerobaculum, Tatlockia, Coprothermobacter, Dysgonomonas, Coprococcus, Sporomusa, Methanobacterium, Methanothermobacter, Methanosaeta, dentre outros. / In the present study, two inoculum (soil/compost and thermophilic sludge from upflow anaerobic sludge blanket from vinasse treatment) were separately evaluated as potential to production of value-added products from sugarcane bagasse in mesophilic and thermophilic conditions, respectively. Thermal, acid and serial dilution pretreatments were performed in the thermophilic inoculum to inhibition of methanogenic archaea. Serial dilution was applied into the mesophilic inoculm. Five culture medium were evaluated as nutritional source to enrichment of cellulolytic and fermenters bacteria; between then, the most complex one, supplemented with yeast extract was selected for the mesophilic and thermophilic bioassays. The sugarcane bagasse (SCB) was submitted to biological, thermal, stem explosion alkaline delignification and hydrothermal pretreatments, and the last one was used as substrate for the factorial designs. The effect of independent variables, such as yeast extract and temperature were evaluated on the hydrogen, methane and organic acids production from the thermophilic inoculum. The effect of yeast extract and substrate (SCB) concentrations were evaluated on the bioproducts generation from the mesophilic inoculum. The highest hydrogen production of 17.3 mmol/L was obtained at 60ºC and 3.42 g/L of yeast extract, on the thermophilic factorial design. In relation to the mesophilic factorial design, obtained 1.53 mmol/L of hydrogen with 3.42 and 5.00 g/L of yeast extract and SCB, respectively. Taxonomical and functional characterizations from the microorganisms were performed in the reactors with highest hydrogen production on the factorial designs using Metagenomics analysis (Illumina HiSeq). In both condition, mesophilic and thermophilic were found microorganisms from Archaea, Bacteria, Eukarya domin, besides Viruses. Concerning the Bacteria domain were found cellulolytic and fermenters microorganisms similar to Coprothermobacter and Clostridium, whiles for Archaea domain were identified hydrogenotrophic and acetoclastic methanogenic similar to Methanothermobacter and Methanosarcina. There were obtained genes coding to enzymes related to the cellulose, hemicellulose and lignin degradation such as carboxylesterase e 2-acid-hydroxioxidase, respectively. Microorganisms adhered into the in natura SCB fiber were observed by scanning electronic microscopy (SEM) and identified by 16 S rRNA sequencing, mainly as similar to Streptomyces, Paenibacillus, Stenotrophomonas, Sphingomonas. The microorganisms from the thermophilic sludge, soil and composting were also characterized by 16S RNAr sequencing and were similar to Clostridium, Thermoanaerobacter, Caloramator, Anaerobaculum, Tatlockia, Coprothermobacter, Dysgonomonas, Coprococcus, Sporomusa, Methanobacterium, Methanothermobacter, Methanosaeta, among others.

Submitted by Sandra Raquel Correa (sandracorrea42@hotmail.com) on 2016-04-27T01:45:39Z No. of bitstreams: 1 ana priscila centeno da rosa - produo de biomassa e cidos graxos por diferentes microalgas e condies de cultivo (1).pdf: 1584152 bytes, checksum: 9b24bade17037b2da9a900a3e058896c (MD5) / Rejected by dayse paz (daysepaz@hotmail.com), reason: Corrigir espaçamento na citação antes da data, dentro do parentese não tem espaçamento antes da palavra,espaçamento na palavra Instituto. Corrigir palavras-chave 1ª letra sempre em maiúsculo ex: Ácidos graxos Microalgas on 2016-05-04T16:46:34Z (GMT) / Submitted by Sandra Raquel Correa (sandracorrea42@hotmail.com) on 2016-05-06T03:33:18Z No. of bitstreams: 1 ana priscila centeno da rosa - produo de biomassa e cidos graxos por diferentes microalgas e condies de cultivo (1).pdf: 1584152 bytes, checksum: 9b24bade17037b2da9a900a3e058896c (MD5) / Approved for entry into archive by dayse paz (daysepaz@hotmail.com) on 2016-05-09T19:04:12Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ana priscila centeno da rosa - produo de biomassa e cidos graxos por diferentes microalgas e condies de cultivo (1).pdf: 1584152 bytes, checksum: 9b24bade17037b2da9a900a3e058896c (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-09T19:04:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ana priscila centeno da rosa - produo de biomassa e cidos graxos por diferentes microalgas e condies de cultivo (1).pdf: 1584152 bytes, checksum: 9b24bade17037b2da9a900a3e058896c (MD5) Previous issue date: 2012 / Devido a sua composição bioquímica, as microalgas apresentam o potencial de serem adicionadas diretamente a alimentos e ração animal, ou indiretamente por meio da adição dos biocompostos produzidos pelas mesmas. Além disso podem ser utilizadas na biofixação de CO2 e na produção de biocombustíveis. O objetivo deste trabalho foi produzir biomassa e ácidos graxos por diferentes microalgas e condições de cultivo. Para o desenvolvimento do trabalho, este foi dividido em três etapas: (i) avaliação da influência da atenuação da intensidade luminosa na produção e composição da microalga Tetraselmis suecica F&M-M33; (ii) avaliação do crescimento e produção de ácidos graxos pela microalga Nannochloropsis oculata em cultivos autotróficos e mixotróficos; e (iii) avaliação do crescimento e produção de ácidos graxos pelas microalgas Chlorella vulgaris e Chlorella kessleri em cultivos autotróficos e mixotróficos. No cultivo da microalga T. suecica F&M-M33 a produtividade foi influenciada pela concentração celular mantida nos cultivos bem como pela radiação solar incidida. Quando os ensaios foram realizados em fotobiorreatores inclinados, estes apresentaram produtividade máxima de 0,96 g.L-1 .d-1 . Quando realizados em GWP verticais, dispostos paralelamente, a produtividade máxima obtida foi 0,45 g.L- 1 .d-1 . As máximas concentrações proteicas (49,87 a 51,01%) e lipídicas (22,03 a 23,36%) foram obtidas quando a microalga foi cultivada nos fotobiorreatores verticais e dispostos paralelamente sem interferência de sombreamento nas laterais. Para a microalga N. oculata foram realizados 2 planejamentos fatoriais 2 3 , em que foram variadas a temperatura, concentração de nitrato no meio de cultivo e fonte de carbono. Os máximos valores para o crescimento celular e produtividade foram obtidos no cultivo mixotrófico (0,64 g.L-1 e 141,95 mg.L-1 .d-1 , respectivamente), quando a microalga N. oculata foi cultivada em meio F/2 utilizando 1 g.L-1 de glicose como fonte orgânica de carbono, 75 mg.L-1 de NO3 e 20 ºC. Para o cultivo autotrófico as máximas concentração celular e produtividade (0,62 g.L-1 e 69,78 mg.L-1 .d-1 , respectivamente) foram obtidas quando a microalga foi cultivada com 1 g.L-1 de NaHCO3, 10 mg.L-1 de NO3 e 20 ºC. Os principais ácidos graxos encontrados em ambos os cultivos foram o ácido mirístico (C14:0), ácido palmítico (C16:0), ácido palmitoleico (C16:1), ácido oleico (C18:1) e ácido eicosapentaenoico (EPA, C20:5-3), destacando-se o ácido palmítico (C16:0) que apresentou concentrações de 21,4 a 47% do total dos ácidos graxos analisados. As microalgas Os cultivos das microalgas C. vulgaris e C. kessleri foram avaliados utilizando metodologia de Planejamento Experimental Plackett Burman. A microalga C. vulgaris apresentou concentração celular máxima (0,97 g.L-1 ) no cultivo autotrófico, com fotoperíodo 24 h claro e 6% de CO2. A máxima produtividade (180,68 mg.L-1 .d-1 ) foi obtida no cultivo mixotrófico para C. vulgaris cultivada com 1 g.L-1 de NaHCO3 e 5 g.L-1 de resíduo industrial de oleaginosas (RIO). O ácido palmítico (C16:0) foi o ácido graxo obtido em maiores concentrações tanto para os cultivos autotróficos (21,22 a 53,78%) como para os mixotróficos (25,43 a 45,98%). A concentração de ácidos graxos poliinsaturados (PUFA) variou de 12,19 a 41,17% nos cultivos autotróficos e de 10,98 a 34,26% nos cultivos mixotróficos, mas não foi afetada significativamente (p<0,05) pela microalga utilizada, podendo tanto a C. vulgaris como a C. kessleri serem utilizadas como fonte de ácidos graxos saturados e insaturados. / Due to its biochemical composition, microalgae are a potential group to be added directly, or indirectly by the addition of microalgae produced biocompounds, in food and feed. In addition, while producing the biomass, the culture may be utilized in carbon dioxide biofixation, as well as the final biomass can be directed to second generation biofuels production. The aim of this work was to produce biomass and fatty acids by different microalgae and growing conditions. To develop this work, it was divided into three stages: (i) light mitigation influence in Tetraselmis suecica F&M-M33 production and composition; (ii) growth profile and fatty acids production evaluation by the microalgae Nannochloropsis oculata in autotrophic an mixotrophic cultures; and (iii) growth profile and fatty acids production evaluation by the microalgae Chlorella vulgaris and Chlorella kessleri in autotrophic an mixotrophic cultures. In the T. suecica F&MM33 culture, the productivity was influenced by solar radition and the cultures cellular concentrations. When the cultures were realized in inclined photobioreactor the productivity achieved maximum values of 0.96 g.L-1 .d-1 . When the cultures were realized in vertical GWP arranged in parallel, maximum achieved productivity was 0.45 g.L-1 .d-1 . Maximum protein (49.87 a 51.01%) and lipid (22.03 a 23.36%) concentrations were obtained in cultures with vertical photobioreactors arranged in parallel, avoiding shadow interference among themselves. To the microalgae N. oculata were carried out two 2³ factorial design, where the studied variables were temperature, nitrate concentration in the medium and carbon source. The highest growth rate and biomass productivity were achieved in the mixotrophic culture (0.64 g.L-1 and 141.95 mg.L-1 .d-1 , respectively), when the microalgae N. oculata was cultivated in F/2 media utilizing 1 g.L-1 of glucose as carbon source, 75 mg.L-1 of NO3 and 20 °C. In the autotrophic culture, maximum cellular concentration and productivity culture (0.62 g.L-1 and 69.78 mg.L-1 .d-1 , respectively) were obtained when the microalgae was cultivated 1 g.L-1 of NaHCO3, 10 mg.L-1 of NO3 and 20 °C. The main fatty acids present in the cultures were the myristic acid (C14:0), palmitic acid (C16:0), palmitoleic acid (C16:1), oleic acid (C18:1) and eicosapentaenoic acid (EPA, C20:5-3), with emphasis on C16:0, which appeared in the highest concentrations, representing 21.4 and 47% of the analyzed fatty acids. The culture of C. vulgaris and C. kessleri were evaluated trough a Plackett Burman Experimental Design. The microalgae C. vulgaris presented maximum cellular concentration (0.97 g.L-1 ) in the autotrophic culture with 24 h photoperiod bright/dark and 6% of CO2. Maximum productivity (180.68 mg.L-1 .d-1 ) was obtained by C. vulgaris mixotrophic culture with 1 g.L-1 of NaHCO3 and 5 g.L-1 of industrial waste oilseeds (RIO). The palmitic acid (C16:0) was the fatty acid with the highest concentration in the autrophic culture (21.22 a 53.78%) as well as in the mixotrophic (25.43 a 45.98%). The polyunsaturated fatty acid concentration varied between 12.19 and 41.17% in the autotrophic cultures and between 10.98 and 34.26% in the mixotrophic cultures. However, its production was not statistically affected (p<0,05) by the utilized microalgae. Therefore, both microalgae, C. vulgaris and C. kessleri¸ may be utilized as a saturated and unsaturated fatty acid source.

Orientador: Adriana Zerlotti Mercadante / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-16T15:01:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mandelli_Fernanda_M.pdf: 677502 bytes, checksum: 40f71e5be548712e1d9c40d24476ba1b (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Os carotenoides pertencem a um grupo de pigmentos naturais amplamente distribuídos na natureza, com grande diversidade de estruturas e funções. O interesse pelos carotenoides tem aumentado consideravelmente nos últimos anos pela evidência dos seus já conhecidos benefícios à saúde humana, devido às suas propriedades antioxidantes, anticarcinogênicas e imunomodulatórias. As principais fontes industriais de carotenoides são a síntese química e a extração a partir de plantas. Porém, são poucos os carotenoides que possuem métodos economicamente eficientes de produção. Uma alternativa para a obtenção natural destes pigmentos é a sua produção por micro-organismos, sendo uma das fontes as bactérias termófilas que, em sua maioria, possuem carotenoides com estrutura específica para fortalecimento da membrana celular. Assim sendo, o presente estudo tem como objetivos: identificar os carotenoides da linhagem Thermus filiformis ATCC 43280, avaliar o crescimento de massa celular, produção de carotenóides e porcentagem de proteção contra o oxigênio singlete através de diferentes condições de cultivo e verificar a atividade antioxidante do extrato rico em carotenoides na desativação do radical ABTS¿+ (2,2¿- azinobis-(3-etilbenzotiazolina-6-ácido sulfônico)) e do peróxido de hidrogênio. Para atingir os objetivos, os carotenoides foram caracterizados por cromatografia líquida de alta eficiência conectada aos detectores de arranjo de diodos e espectrômetro de massas (HPLCDAD-MS/MS), e as condições de cultivo e a interação entre as variáveis foram estudadas através de planejamento estatístico fatorial. Foram identificados nove carotenoides sintetizados pela bactéria Thermus filiformis, todos apresentando o mesmo comprimento de onda máximo a 449 ± 1 nm, que é um indicativo de um cromóforo de 11 ligações duplas conjugadas, sendo duas em anel ?. O carotenoide majoritário identificado em T. filiformis foi termozeaxantina-15 que consiste do carotenoide zeaxantina ligada a uma glicose acilada com ácido graxo ramificado de 15 carbonos ((3R,3'R)-3'-[(6-O-13-metiltetradecanoil-ß-Dglucopiranosil) oxi]-ß,ß-caroten-3-ol) o que representa 35,3 % do conteúdo total de carotenóides. Foram também identificados os carotenoides: zeaxantina (14,4 %), zeaxantina monoglicosilada (4,7 %) e termozeaxantinas com ácidos graxos ramificados, com cadeia de cadeia de 11 (2,3 %), 12 (5,2 %), 13 (25,4 %) e 14 (9,0 %) carbonos, além de derivados dos carotenoides termozeaxantina-13 (0,8 %) e termozeaxantina-15 (2,8 %). Dentre as variáveis estudadas no planejamento experimental (temperatura, pH, quantidade de triptona, extrato de levedura e elementos traços de Nitsch¿s), a temperatura foi a que mais influenciou a quantidade de biomassa, carotenoides totais e proteção proporcionada pelos carotenoides contra oxigênio singlete. Com a utilização desta ferramenta foi possível atingir valores de 658 mg/L de biomassa seca, 1517 µg/g de carotenoides totais e porcentagem de proteção conferida ao DMA (dimetilantraceno) frente a oxidação por oxigênio singlete na ordem de 85 %. O extrato rico em carotenoides de T. filfiormis apresentou capacidade de desativar o radical ABTS¿+ com valor de capacidade antioxidante equivalente a Trolox (TEAC) de 2,87, valor este superior aos relatados para outros carotenoides como ß-caroteno (1,9) e zeaxantina (1,4). / Abstract: Carotenoids are a group of natural pigments widely distributed in the nature with great diversity of structures and functions. The interest on carotenoids has considerably increased in recent years by the evidence of its known benefits to human health, due to its antioxidant, anticarcinogenic and immunomodulatory properties. The main industrial sources of carotenoids are chemical synthesis and extraction from plants. However, there are few carotenoids which production is economically feasible. An alternative to obtain these natural pigments is their production by microorganisms, and one of the sources is the thermophilic bacterium that produces carotenoids with specific structure for the strength of cell membrane. Therefore the aims of this work were to evaluate the biomass, carotenoid production and quenching of singlet oxygen by the strain Thermus filiformis ATCC 43280 through different cultivation conditions and to verify the antioxidant activity by scavenging of the ABTS¿+ (2,2'-azino-bis(3-ethylbenzthiazoline-6-Sulfonic Acid)) radical and hydroxy peroxide deactivation. In order to achieve these aims, the carotenoids were characterized by high-performance liquid chromatography connected to a photodiode array and mass spectrometry detectors (HPLC-DAD-MS/MS), and the cultivation conditions and the interactions between the variables were studied using a fractionated factorial design. Nine carotenoids synthesized by Thermus filiformis, were identified, all showing the same maximum absorbance wavelength, indicating the presence of a chromophore of 11 conjugated double bounds, being two in the ?-ring. The major carotenoid identified in T. filiformis was thermozeaxanthin-15 which is the carotenoid zeaxanthin linked to a glucose, acylated with a branched fatty acid of 15 carbons ((3R, 3'R) -3'- [(6-O-13- methyltetradecanoyl-ß-D-gluycopiranosyl) oxy]-ß,ß-carotene-3-ol) what represents 35.3 % of the total content of carotenoides. Zeaxanthin (14.4 %), zeaxanthin monoglucoside (4.7 %) and thermozeaxanthins with branched fatty acids chain with 11 (2.3 %), 12 (5.2 %), 13 (25.4 %) and 14 (90 %) carbons, besides thermozeaxanthin-13 (0,8 %) and thermozeaxanthina-15 (2,8 %) derivatives were also identified. Among the studied variables in the experimental design (temperature, pH, tryptone, yeast extract and Nitsch¿s trace elements) the temperature was the one that most influenced the biomass amount, total carotenoids and percentage of protection against singlet oxygen. Using this tool, it was possible to achieve values of 658 mg/L of dry biomass, 1517 µg/g of total carotenoids and percentage of protection of DMA (dimethylanthracene) against the oxidation by singlet oxygen about 85 %. The extract rich in carotenoids from T. filiformis showed capacity of scavenging ABTS¿+ radical with Trolox equivalent antioxidant capacity (TEAC) of 2.87, being this value higher than those reported in the literature for ß-carotene (1.9) and zeaxanthin (1.4) / Mestrado / Mestre em Ciência de Alimentos

Submitted by Marlene Santos (marlene.bc.ufg@gmail.com) on 2016-07-28T17:40:57Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rowander Alexandre Moura - 2016.pdf: 2957898 bytes, checksum: cdea464ddf0b15341edfc1656ce18357 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-08-01T13:09:29Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rowander Alexandre Moura - 2016.pdf: 2957898 bytes, checksum: cdea464ddf0b15341edfc1656ce18357 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-01T13:09:29Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rowander Alexandre Moura - 2016.pdf: 2957898 bytes, checksum: cdea464ddf0b15341edfc1656ce18357 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-07-08 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This project aimed to carry out the study of adsorption of dyes called AR.TF and P.TS using bone char as an adsorbent. To determine the physical characteristics of char were used the particle size analysis techniques, adsorption and desorption of N2 at 77K, scanning electron microscopy and X – ray diffraction. Regarding the coal chemical nature was employed the techniques infrared spectroscopic and point of zero charge (PZC). It was conducted adsorption kinetics for the determination of the adsorption equilibrium time, being achieved in approximately 1 hour and 30 minutes to the AR.TF dye and 4 hours and 50 minutes to the P.TS dye. The experimental data obtained in the adsorption kinetics were fitted to the kinetic model pseudo first order pseudo second order and intra particle diffusion model having been pseudo second order best represented the adsorption of both dyes. It was used a 23 factorial design of the central composite type, being the variables agitation, temperature and pH and quantified response the adsorption capacity (q). With this, it became possible to analyze the influence of factors as well as the interactions between them, collaborating with obtaining the influence of the independent variables on the response study. Finally, it was performed the experiments at different temperatures for constructing the adsorption isotherms, by adjusting the values at the Langmüir and Freundlich models. For dyes AR.TF and P.TS had to be a better adequacy of the data to the Freundlich model, but it is important to note that some data are also adjusted well to the Langmuir model. Through this fact makes it possible to hypothesize the coexistence of two adsorption kinds at the adsorption process of dyes of this project. Generally the bone char showed acceptable as adsorbent for the adsorption of AR.TF and P.TS dyes having a higher removal efficiency for the dye AR.TF. / Este trabalho teve como objetivo realizar o estudo de adsorção dos corantes denominados AR.TF e P.TS utilizando o carvão de osso como adsorvente. Para a determinação das características físicas do carvão foram utilizadas as técnicas de análise granulométrica, adsorção e dessorção de N2 a 77K, microscopia eletrônica de varredura e difração de raios-X. No que tange à natureza química do carvão aplicou-se as técnicas de espectroscopia no infravermelho e ponto de carga zero (PCZ). Realizou-se a cinética de adsorção para a determinação do tempo de equilíbrio de adsorção, sendo este atingido em aproximadamente 1 hora e 30 minutos para o corante AR.TF e 4 horas e 50 minutos para o corante P.TS. Os dados experimentais obtidos na cinética de adsorção foram ajustados aos modelos cinéticos de pseudoprimera ordem, pseudosegunda ordem e difusão intrapartícula tendo o modelo de pseudosegunda ordem sido o que melhor representou o processo de adsorção de ambos os corantes. Utilizou-se um planejamento fatorial do tipo composto central 23 sendo as variáveis a agitação, a temperatura e o pH e a resposta quantificada a capacidade de adsorção (q). Por meio deste, tornou-se possível analisar a influência dos fatores, assim como interações entre estes, colaborando com a obtenção da influência das variáveis independentes na resposta de estudo. Realizou-se por fim, os experimentos em diferentes temperaturas para a construção das isotermas de adsorção, ajustando os valores atingidos aos modelos de Langmüir e Freundlich. Para os corantes AR.TF e P.TS teve-se uma melhor adequação dos dados ao modelo de Freundlich, porém é importante ressaltar que alguns dados também se ajustaram bem ao modelo de Langmüir. Esse fato faz com que seja possível levantar a hipótese da coexistência de dois tipos de adsorção na aplicação do carvão de osso como adsorvente para os corantes deste trabalho. De modo geral o carvão de osso se mostrou aceitável como adsorvente para a adsorção dos corantes AR.TF e P.TS, apresentando uma eficiência de remoção maior para o corante AR.TF.

A otimizaÃÃo do processo de prÃ-tratamento (refino) do Ãleo bruto de algodÃo, para obtenÃÃo de Ãleo semi-refinado, com aplicabilidade na produÃÃo de biocombustÃveis, à o principal objetivo desse trabalho. Este por sua vez à motivado pela exploraÃÃo de matÃriasprimas menos processadas e de menor custo para produÃÃo do biodiesel. Portanto, o emprego de Ãleo semi-refinado de algodÃo pode vir a contribuir para a reduÃÃo nos custos de produÃÃo do biodiesel. As variÃveis estudadas no prÃ-tratamento do Ãleo bruto de algodÃo foram escolhidas tendo como referencial o processo de refino convencional (refino quÃmico) com soda cÃustica. Os experimentos foram realizados utilizando planejamento experimental e os resultados foram interpretados de acordo com a metodologia de superfÃcie de resposta. As variÃveis estudadas foram: concentraÃÃo e excesso de soda cÃustica (soluÃÃo de NaOH), temperatura inicial e final. As respostas foram avaliadas em funÃÃo de alguns dos mais importantes parÃmetros de qualidade do Ãleo semi-refinado obtido (cor, acidez e teor de sabÃo) e da quantidade do co-produto de refino (borra) produzido. O excesso de soda cÃustica e a temperatura inicial foram Ãs variÃveis que influenciaram de modo mais significativo as respostas analisadas, dentro do alcance experimental estudado. A eficiÃncia na conversÃo a Ãsteres metÃlicos mostrou-se dependente da qualidade (cor, acidez e sabÃo) do Ãleo semirefinado de algodÃo utilizado. A concentraÃÃo do pigmento gossipol que està diretamente relacionado à cor do Ãleo de algodÃo, sugere que o mesmo pode estar influenciando na conversÃo da reaÃÃo de transesterificaÃÃo alcalina, por estar consumindo parte do catalisador. As condiÃÃes Ãtimas determinadas experimentalmente foram: concentraÃÃo e excesso de soda cÃustica 25 % (p/p) e 100 % (p/p), temperatura inicial e final 40ÂC e 60ÂC, respectivamente. Nessas condiÃÃes otimizadas o Ãleo semi-refinado obtido alcanÃou conversÃo de 94 % (p/p) a Ãsteres metÃlicos. Entretanto, o Ãleo obtido nas condiÃÃes otimizadas, por apresentar ainda uma elevada concentraÃÃo de sabÃo, foi submetido à lavagem com Ãgua, o qual reduziu seu teor de sabÃo. Assim, com esse Ãleo lavado/seco, apÃs reaÃÃo de transesterificaÃÃo, alcanÃouse conversÃo de 96% (p/p) em metil-ester. Esse biodiesel, submetido a uma segunda reaÃÃo de transesterificaÃÃo conseguiu-se atingir uma conversÃo mÃxima de 98% (p/p), ficando dentro das especificaÃÃes estabelecidas pela ANP (AgÃncia Nacional de PetrÃleo, GÃs Natural e BiocombustÃveis) / The optimization of the pre-treatment (refining) of crude cottonseed oil, in order to obtain semi-refined oil, its applicability in the production of biofuels is the main objective of this work. This objective is motivated by the investigation of less processed or cheaper raw materials, for instance, semi-refined cotton oil, in order to reduce the cost of biodiesel production. The conditions of pre-treatment studied for the cotton crude oil of were chosen based on the conventional caustic soda refining process (chemical refining). The proposed process of biodiesel production was evaluated and the optimal operating conditions range was identified by application of the factorial design and response surface methodology. The studied variables were concentration and the caustic soda excess (solution NaOH), initial and final temperatures. The responses were evaluated according some of the most important quality parameters of semi-refined oil obtained (color, acidity and content of soap) and the amount of co-product of refining (soapstock) produced. The caustic soda excess and initial temperatures are the variables that most significantly influenced the responses analyzed within the experimental range studied. The efficiency of conversion to methyl esters was dependent on the quality (color, acidity and concentration of soap) in the semi-refined cotton oil used. Gossypol concentration was found to be highly correlated with color cottonseed oil,suggesting that it may influence the conversion in the alkaline transesterification reaction,consuming part of the catalyst. The best result for laboratory-scale reactions was 94% (wt/wt)of ester conversion in optimum conditions, determined experimentally: concentration and caustic soda excess 25 % (wt/wt) and 100 % (wt/wt), initial and final temperatures 40  C and 60  C, respectively. These conditions the optimized semi-refined oil obtained conversion reached 94 % (wt/wt) of esters. However, the oil obtained under the conditions optimized for present a high concentration of soap, was subjected to washing with water, which reduced its content of soap. Then with the oil washed / dry, after transesterification reaction reached 96 % (wt/wt) of ester conversion. This biodiesel was again transesterificated reaching a conversion of 98 % (wt/wt), which, therefore, is within specifications established by the ANP

Os biossurfatantes (BS) são produtos de origem microbiana com propriedades tensoativas e emulsificantes. Estes compostos são candidatos para substituir os surfatantes sintéticos em aplicações industriais devido à sua menor toxicidade, maior biodegradabilidade, maior diversidade química e maior eficiência e efetividade em condições físicas extremas de salinidade, pressão e temperatura. O uso comercial e industrial dos BS ainda não é sustentável devido a seu alto custo de produção relacionado principalmente ao baixo rendimento. A utilização de substratos de baixo custo e ferramentas estatísticas para melhorar o rendimento de produção dos BS são duas das principais estratégias para tratar este problema. O objetivo do trabalho foi estudar a produção e recuperação do BS produzido por B. luteolum, visando o melhoramento na sua produção através do uso do planejamento fatorial e caracterizar a estrutura química do BS. A partir dos resultados, determinou-se que a adsorção em resina foi mais efetiva para a recuperação do BS comparada com a precipitação ácida. A produção do BS foi melhorada através de um planejamento fatorial 23 usando como fatores as concentrações da fonte de carbono (vaselina), a fonte de nitrogênio (nitrato de amônio) e a água do mar artificial e como resposta a tensão superficial da solução 0,1% de BS. A maior produção de BS foi obtida com 4% de fonte de carbono, 2% de fonte de nitrogênio e 20% de água do mar artificial gerando tensão superficial de 27 mNm-1. O BS foi caracterizado como uma mistura de lipopeptídeos com ácidos graxos cujo comprimento da cadeia variou entre 10-18 unidades de carbono e um conteúdo de proteína total de 5%. Três estruturas químicas foram sugeridas para os compostos ativos: dois prolina-lipídeos com os ácidos graxos C16:0 e C18:0 respectivamente e um lipopeptídeo com uma sequência peptídica Phe-Al-X-X-Pro-Pro-Thr (X=Leu/Ile) ligada a uma cadeia de ácido graxo C16:0. Não observou-se atividade antimicrobiana contra as cepas de S. aureus, E. coli, S. enteritidis, L. monocytogenes e S. mutans nas faixas de concentrações de BS testadas. O uso de vaselina como substrato para a produção do BS sugere que a bactéria e o BS podem ser explorados para aplicações como a biorremediação e a recuperação melhorada de petróleo (EOR). / Biosurfactants (BS) are microbial-derived molecules showing tensoactive and emulsification properties. These compounds are candidates to replace synthetic surfactants for industrial applications due to their less toxicity, greater biodegradation capacity, greater chemical diversity and greater efficiency and effectiveness under extreme physical conditions of salinity, pressure and temperature. Commercial and industrial use of BS is not sustainable due their high production cost mainly related to low production yields. The use of low cost substrates and statistical tools to enhance the production yield of biosurfactants are two of the main strategies to deal with that problem. The objective of this work was to study the production and recovery of the BS produced by B. luteolum, aiming to enhance its production through a factorial experimental design, and to characterize the chemical structure of the BS. It was found that resin adsorption was more effective than acid precipitation to recover the BS. The production of BS was enhanced through a factorial experimental design 23 using the concentrations of the carbon source (mineral oil), the nitrogen source (ammonium nitrate) and artificial seawater as the factors and the surface tension of a solution 0,1% of BS as the response. The value of factors that enhanced the production of BS were 4% of carbon source, 2% of nitrogen source and 20% of artificial sea water showing a surface tension of 27mNm-1. The BS was characterized as a mix of lipopeptides with fatty acid chains varying between 10-18 carbon units and a total protein content of 5%. Three chemical structures were proposed for the active compounds: two proline-lipids with the fatty acid chains C16:0 e C18:0 respectively and a lipopeptide with a peptide sequence Phe-Al-X-X-Pro-Pro-Thr (X=Leu/Ile) linked to a fatty acid chain C16:0. BS did not show antimicrobial activity against S. aureus, E. coli, S. enteritidis, L. monocytogenes and S. mutans at concentration range tested. The use of mineral oil as a substrate for the production of the BS suggests that the bacteria and the BS can be explore for applications as bioremediation and enhanced oil recovery (EOR).

Orientador: Francisco Maugeri Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-19T12:18:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Aguiar-Oliveira_Elizama_D.pdf: 4155399 bytes, checksum: 664192a1e372b0f5556340a23b235a02 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A obtenção de fruto-oligossacarídeos (FOS), um açúcar prebiótico de vasta aplicação industrial, por enzimas imobilizadas abrange dois conceitos em grande expansão: aplicação industrial de enzimas imobilizadas e alimentos funcionais. A partir de flores da Mata Atlântica Brasileira uma cepa foi isolada e identificada como Rhodotorula sp. LEB-V10 e apresentou grande potencial para produção da enzima extracelular frutosiltransferase (FTase) - capaz de produzir FOS a partir da sacarose - sendo obtida apenas por precipitação com etanol (purificação parcial) direto do meio de cultivo livre de células, de acordo com estudos realizados previamente, a cinética entre a enzima imobilizada pura e a parcialmente purificada não apresentou diferenças significativas que justificassem etapas adicionais de purificação. Estudos anteriores selecionaram a adsorção em partículas do composto sólidoácido (Nb), uma liga formada por nióbio (~95%) e grafite (~5%) como metodologia sugerida para imobilização da FTase para produção de FOS. Dessa forma, este trabalho apresenta uma série de estudos de caracterização deste biocatalisador imobilizado. Após a imobilização, foi possível observar que além do pH de máxima atividade apresentado pela enzima livre (pH 4,5) um segundo ponto distinto de máxima atividade (25% menor que em pH 4,5) também foi observado, o pH 6,0 que demonstrou também ser uma condição de maior estabilidade térmica e também melhor condição de síntese com a enzima imobilizada. O estudo da termo-estabilidade revelou também que a imobilização induziu a formação de duas zonas de energias de ativação da desnaturação (Ead) diferenciadas: entre 47 e 51°C a enzima imobilizada é mais estável que a enzima livre e entre 52 e 70°C ela é menos estável. A incubação da FTase, imobilizada e livre, em 52°C por 15 min resultou numa ativação dos biocatalisadores, sendo mais pronunciada com a enzima imobilizada e em pH 4,5 apresentando um aumento de 1,8 vezes na atividade enzimática; no entanto, observou-se que esta ativação é momentânea e não acumulativa com outras metodologias como a liofilização; isto sugere que esta temperatura representa algum tipo de limite energético para a FTase que é um hetero-dímero e pode apresentar diversas interações com o nióbio. A otimização da síntese de FOS realizada pela aplicação da metodologia de planejamento experimental com a enzima imobilizada permitiu um aumento do rendimento (YFOS = 0,58) em 5%, uma redução no tempo de síntese (24 h) em 4 vezes e um aumento da produtividade (12,05 g/L.h) em 6 vezes. A adsorção da FTase ao nióbio demonstrou não utilizar os sítios ativos uma vez que, a adição da sacarose ao meio de dispersão para adsorção, não alterou o desempenho do biocatalisador, porém a adição de CuSO4 que é um forte estabilizador térmico para esta enzima, resultou num biocatalisador incapaz de produzir FOS. Tendo em vista a aplicação industrial da FTase, avaliou-se também os efeitos da liofilização sobre a enzima livre e imobilizada. Com a enzima livre a liofilização causou perda de atividade enzimática em função da densidade da solução de partida, mas, resultou num pó com até 6 vezes mais atividade por grama do que em relação à enzima livre não liofilizada; a adição individual de compostos crio-protetores apresentou maior efeito estabilizador do que em formulações. Com a enzima imobilizada, a liofilização não apresentou grandes diferenciações, observou-se de forma geral uma manutenção das características originais do imobilizado de partida. Todavia, uma importante diferenciação proveniente da liofilização foi observada tanto para a enzima livre quanto imobilizada: a cinética de produção de FOS, o rendimento foi aumentado em diferentes proporções mas, especialmente, foi observada uma elevada composição de GF4. Estudos mais específicos sobre a estrutura tridimensional forneceriam informações mais precisas sobre o efeito da liofilização. Adicionalemente, duas enzimas comerciais (inulinase e invertase) foram igualmente imobilizadas em nióbio, mas, não foram observadas alterações tão expressivas quanto às observadas com a FTase. Dessa forma, a imobilização da FTase em nióbio revela ser uma metodologia com grande potencial de aplicação em reatores. Como resultado deste trabalho, encontram-se publicados até o momento os Capítulos 2 e 4 e aceito para publicação o Capítulo 5 / Abstract: The production of fructooligosaccharides (FOS) - a prebiotic sugar with wide industrial application - from immobilized enzymes includes two modern concepts: industrial application of immobilized enzymes and functional food. A strain isolated from flowers from the Brazilian Atlantic Forest identified as Rhodotorula sp. LEB-V10 showed great potential for production of the extracellular fructosyltransferase (FTase), which is capable of producing FOS from sucrose. It can be recovered only by precipitation with ethanol (partial purification), directly from the cell-free culture medium. According to previous studies, the kinetics between purified and partially purified immobilized enzymes showed no significant differences that could justify additional purification steps. Other previous studies have selected the adsorption on particles of a solid-acid support (Nb) an alloy consisting of niobium (~95%) and graphite (~5%) as suggested methodology for the immobilization of FTase for FOS production. Thus, this work presents a series of characterization studies of this immobilized biocatalyst. After the immobilization, it was observed that besides the pH of maximum activity presented by the free enzyme (pH 4.5), a second distinct point of maximum activity (25% lower than at pH 4.5) was also observed, pH 6.0, wich was proved to be the best condition for thermal stability and also better for synthesis with the immobilized enzyme than pH 4.5. The study of thermal stability has also shown that immobilization induces the formation of two distinct phases with different denaturation activation energy (Ead): between 47 and 51°C, the immobilized enzyme is more stable than the free enzyme, and between 52 and 70°C it is less stable. Incubation of free and immobilized FTase at 52°C for 15 min resulted in enzymatic activation, being more pronounced with the immobilized enzyme at pH 4.5 with a 1.8-fold increase in enzyme activity. However, due to other studies carried out in this work, it has been shown that this activation is merely transient and not cumulative regarding other methodologies, indicating that this temperature is a kind of energetic threshold, and also because FTase is a hetero-dimer, which may lead to different interactions with the niobium support. The optimization of the synthesis of FOS carried out by applying the methodology of experimental design with the immobilized enzyme, allowing a yield increase (YFOS = 0.58) of 5%, a reduction in synthesis time (24 h) of 4 times and an increased productivity (12.05 g/L.h) of 6 times. The adsorption on niobium has shown not to involve the FTase active sites, since the addition of sucrose to the dispersion medium for adsorption did not affect the performance of the biocatalyst. On the other hand, the addition of CuSO4, which is a strong thermal stabilizing agent for this enzyme, resulted in a biocatalyst incapable of producing FOS. Considering the industrial application of FTase, it was also evaluated the effects of lyophilization over the free and immobilized enzyme. With the free enzyme, lyophilization caused loss of enzyme activity in dependence on the density of the starting solution, but in general, resulted in a powder with up to 6 times more activity per gram as compared to non-lyophilized free enzyme; the individual effects of cryo-protectants additives presented higher stabilizing effect than with the presence of other protectants. The lyophilization of the immobilized enzyme did not show drastic effects and it was observed, in general, the maintenance of the initial properties and characteristics before lyophilization. For both, free and immobilized enzyme was possible to observe significant changes in the kinetics of FOS production, the yield was increased in different proportions but, especially, there was a high composition of GF4, which was not observed before lyophilization. In addition, two commercial enzymes (inulinase and invertase) were immobilized on niobium but no significant changes were observed as those with FTase. Thus, the immobilization of FTase in niobium proves to have a big potential for application due to operational features. As a result of this work, two articles have been published (Chapters 2 and 4) and one has been accepted for publication (Chapter 5) / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientador: Rubens Maciel Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-01T13:16:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_MarcelaG.Motados_M.pdf: 3608818 bytes, checksum: dd58239af4dfd4bf4e0e40b36a9134e5 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Desde a terceira década do século XX, tem-se realizado o processo de extração de oleaginosas utilizando como solvente o hexano. Como esta substância é tóxica e altamente inflamável, tem-se intensificado a procura por solventes que produzam óleo de boa qualidade utilizando tecnologias limpas minimizando o prejuízo ao meio ambiente e também ao ambiente de produção. É neste contexto que está sendo estudada a substituição do hexano por solventes supercríticos, que são não só solventes efetivos para a extração, mas também apresentam uma série de peculiaridades que os tornam mais vantajosos em relação aos solventes líquidos, geralmente usados. Além das características inerentes aos meios supercríticos, o dióxido de carbono tem-se tornado um solvente potencial para a substituição do hexano por ser não tóxico, não inflamável, por apresentar condições supercríticas relativamente brandas (temperatura crítica de 31°C e pressão crítica de 73.8 bar), além de estar disponível a baixo custo. O objetivo deste trabalho é estudar o comportamento de uma planta de extração supercrítica. Além disso será realizada a análise de sensibilidade paramétrica para a avaliação do comportamento de determinadas variáveis na performance do processo, baseada nos conceitos do planejamento fatorial. Neste trabalho é apresentado um modelo que usa parâmetros experimentais para avaliar políticas de controle e otimização. Partindo deste modelo foi realizada a análise de sensibilidade paramétrica, que possibilitou estudar tanto os efeitos principais das perturbações nas variáveis como os efeitos de interação destas variáveis. A partir disso foi possível determinar as variáveis de maior influência no processo, e, desta forma, determinar estratégias de otimização do processo. Além disso foi avaliada também a estabilidade da solução numérica do modelo apresentado para o método de solução utilizado / Abstract: Since the third decade of the century XX, it has been accomplishing the extraction process of oleaginous for hexane. As this substance is toxic and highly flammable, it has been intensifying the search of solvents that produce oil of good quality using clean technologies, minimizing the damage to the environment and production envirenment. It is in this context that is being studied the substitution of the hexane by supercritical solvents, which are not just effective solvents for the extraction of oil of seeds, but they also present a series of peculiarities they turn them more advantageous in relation to the liquid solvents, generally used. Besides the inherent characteristics to the supercritical means, the carbon dioxide has been proving a potential solvent for the substitution of the hexane for being not toxic, not flammable, to present supercritical conditions relatively mild (critica I temperature of 31°C and critica I pressure of 73.8 bar), besides being at a low cost available.The objective of this work is to study the behavior of a supercritical extraction plant. Besides the parametric sensibility analysis is accomplished for the evaluation of the behavior of certain variables in the precess performance, based on the concepts of the factorial designo. In this work a model is presented that uses experimental parameters for evaluations of control politics and optimization. Starting from this model took place the parametric sensitivity analysis, which facilitated to study the principal and interaction effects of perturbations in certain variables. Starting frem that it was possible to determine the variables of larger influence in the process, and, this way, to determine strategies of the process optimization. Besides the stability of the numeric solution of the model for the used solution method was also evaluated. / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química