No Brasil, vários grupos de pesquisa vêm se empenhando em desenvolver estratégias que visam ao aproveitamento da biomassa vegetal, principalmente biomassa de cana-de-açúcar, para a produção de etanol de segunda geração (2G), o que coloca o País numa posição de destaque no cenário internacional, na busca por alternativas para a produção de energia de forma sustentável e economicamente competitiva. Dentro deste contexto, este trabalho avaliou a obtenção de etanol 2G a partir de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar pela levedura Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124, pela determinação das melhores condições de suplementação do meio de cultivo e das condições operacionais em processo descontínuo e descontínuo alimentado. Na etapa de estabelecimento da suplementação do meio de cultivo foi empregado um planejamento experimental fracionado 29-5 com três repetições no ponto central e um planejamento de mistura. As melhores condições foram (2,0 g/L) extrato de levedura, (0,5 g/L) fosfato de potássio, (0,5 g/L) peptona, (0,5 g/L) sulfato de magnésio e (0,01 g/L) sulfato de zinco. Quanto ao estabelecimento das condições operacionais pHinicial, agitação e vazão de ar em biorreator, utilizou-se um planejamento central composto rotacional com três repetições no ponto central. As melhores condições encontradas foram pHinicial 6,0, agitação 225 rpm e aeração 0,45 vvm obtendo-se um fator de conversão em etanol (YP/S) de 0,23 g/g e produtividade (QP) de 0,18 g/L/h. Posteriormente foram realizados processos de fermentação descontínua e descontínua alimentada empregando-se as melhores condições definidas. No processo descontínuo, observou-se a produção de 9,94 g/L de etanol, correspondendo a valores de QP de 0,28 g/L/h, enquanto a utilização do processo descontínuo alimentado resultou em favorecimento de 37,3%, 75% nos valores de etanol formado (13,75 g/L), QP (0,49 g/L/h), respectivamente. Os resultados indicaram que um meio de cultivo suplementado com adição de poucos nutrientes aliado ao emprego de fermentação em modo descontínuo alimentado é uma estratégia promissora para a produção de etanol 2G a partir de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana. / In Brazil, research groups have been striving to develop strategies aimed at the use of plant biomass, and second generation ethanol has made the country a leader in this area. Energy and sustainability solutions are key to making this technology more competitive to meet the growing demand for biofuels. In this work, the acquisition of 2G ethanol from sugarcane hemicellulose hydrolyzate in culture medium optimized by Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124 yeast residue was evaluated. Simple batch and fed batch operational conditions were evaluated for use in bioprocesses. Experiments were performed in Erlenmeyer flasks with medium containing sugarcane bagasse hemicellulose hydrolyzate, which was detoxified using the yeast Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124, in order to optimize the culture medium according to a fractional factorial design of 29-5, with three repetitions at the midpoint, and a mix plan. The best optimized conditions were yeast extract (2.0 g/L), potassium phosphate (0.5 g/L), peptone (0.5 g/L), magnesium sulfate (0.5 g/L) and zinc sulfate (0.01 g/L). Soon after, pHinicial variables, agitation, and air flow rate were optimized in the bioreactor using a central composite rotational design with three repetitions at the midpoint. The best conditions were found with pHinicial at 6.0, agitation at 225 rpm and aeration at 0.45 vvm, which obtained a YP/S of 0.23 g/g and a QP of 0.18 g/L/h. The performance of Scheffersomyces stipitis yeast in a discontinuous fed-batch process with optimized conditions were also evaluated. In the process, the simple batch reached a 9.94 g/L ethanol production a QP of 0.28 g/L/h. While yeast performance in the fed-batch process was resulted in improvement 37.3%, 75% ethanol formed values (13.75 g/L), and productivity (0.49 g/L/h), respectively. The results indicated that the culture medium supplemented with addition of a few nutrients together with the use of fermentation in fed-batch is a promising for the production of 2G ethanol from sugarcane bagasse hemicellulose hydrolysate.

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

Foram estudados os processos descohtínuo e descontínuo alimentado de fermentação alcoólica, utilizando-se mosto de melaço de cana de açúcar e Saccharomyces cerevisiae na forma de fermento prensado. Foram analisados a influência da vazão de alimentação exponencialmente decrescente, do tempo de enchimento e do nível de inóculo no comportamento do sistema, considerando os seguintes parâmetros: - produtividades em etanol e em células - rendimento em etanol - fator de conversão de substrato em células. Para o processo descontínuo alimentado, o valor máximo atingido para a produtividade em etanol foi de 16,9 g/L.h. Os resultados obtidos de rendimentos e produtividades em etanol foram semelhantes para os processos descontínuo e descontínuo alimentado (com tempo de enchimento de 3 h e constante de tempo de 1,6 h-1). / The batch and fed-batch fermentations of sugar -cane blackstrap molasses by the action of Saccharomyces cerevisiae(pressed yeast) were studied. The influence of exponentially decreasing feeding rates, fermentar filling-up time and levei of inocullum on the behavior was analysed considering the following parameters: - ethanol and cell productivities - ethanol yield - yield yeast. At fed-batch fermentation, the maximum ethanol productivity obtained was 16.9 g/L.h. The results of ethanol productivities and yield achieved for batch and fedbatch (with fermentar filling-up time of 3 h and time constant of 1.6 h-1</SUP).

Microalgas são organismos unicelulares, eucariontes, fotossintetizantes e eficientes fixadores de gás carbônico que apresentam grande potencial para produção de ácidos graxos além de pigmentos, como os carotenóides e a clorofila, de interesse nas indústrias de alimentos, química, farmacêutica e de cosméticos. Dentre as microalgas, o microrganismo Ankistrodesmus braunii vem sendo citado como capaz de produzir grandes quantidades de lipídios, podendo corresponder a até 73% de sua massa seca, com produção de ácidos graxos insaturados, como o ácido linolênico. Esse microrganismo se destaca do ponto de vista industrial por poder ser conduzido em reatores e em meios de cultivo complexos. As fontes de nitrogênio, as concentrações empregadas destes nutrientes, bem como o tipo de processo de cultivo interferem na composição de biomassas fotossintetizantes. O uso de reatores tubulares tem sido estudado e tem se apresentado interessante por permitir a obtenção de altas concentrações celulares. Nesse sentido, este trabalho teve a finalidade de estudar o crescimento de Ankistrodesmus braunii em reator tubular com uso de diferentes quantidades de nitrato de sódio por processos descontínuo, descontínuo alimentado e semi-contínuo. Nos cultivos descontínuos, a máxima concentração celular (Xm) encontrada foi de 1588 ± 11 mg.L-1 com uso de 20 mM de NaNO3. O uso do processo descontínuo alimentado, o qual teve adição de 20 mM de NaNO3 feito num intervalo a cada 48 horas sendo iniciada a adição no primeiro dia, permitiu a obtenção de Xm = 2753 ± 7 mg.L-1; porém não foi possível eliminar a fase lag do cultivo, levando a uma produtividade em células (Px) de 351 ± 1 mg.L-1.dia-1. O processo semi-contínuo foi eficiente para eliminar a fase lag do cultivo, permitindo a obtenção de Xm = 2399 ± 5 mg.L-1 e um aumento de até 50% em Px, que chegou a valores de 525 ± 1 mg.L-1.dia-1 em cultivos com uso de 20 mM de NaNO3. Nesta condição os teores de proteínas e lipídios nas biomassas foram de 34,8 ± 0,2% e 38,6 ± 0,2%, respectivamente. Foi observado que, independentemente do tipo de processo empregado, há um decréscimo do valor do fator de conversão de nitrogênio em células (YX/N) com o aumento da adição de NaNO3. O maior valor de YX/N foi obtido no experimento com processo semi-contínuo e uso de 2 mM de NaNO3 no meio de cultivo, com valor médio de 29,1 ± 0,1 mg mg-1 ao final do segundo ciclo. Porém, nesta condição, o teor de proteínas da biomassa foi de 17,3 ± 0,4%. Já os maiores valores de YX/N encontrados nos processos descontínuo e descontínuo alimentado foram, respectivamente, de 22,5 ± 1,6 e 7,1 ± 0,1 mg mg-1. Os resultados obtidos neste trabalho evidenciam o potencial de Ankistrodesmus braunii como fonte de proteínas e lipídios para uso industrial. / Microalgae are unicellular organisms, photosynthetic eukaryotes and which have great potential for the production of fatty acids as well as pigments such as carotenoids and chlorophyll, of interest in the food industry, chemicals, pharmaceuticals and cosmetics. Among the microalgae, the microorganism Ankistrodemsus braunii has been cited as capable of producing large amounts of lipids, which may correspond to up to 73% of its dry mass, producing unsaturated fatty acids, such as linolenic acid. This microorganism stands out from the industrial point of view because it can be carried out in reactors and in complex culture media. Nitrogen sources and concentrations employed of these nutrients interfere the composition of photosynthetic biomass and type of process employed also clearly exerts its influence both the growth and the composition of the biomass obtained. The use of tubular reactors has been studied and shown to be interesting because it allows the achievement of high cell concentrations. In this sense, this work aims to study the growth of Ankistrodemsus braunii tubular reactor using different amounts of nitrogen and under different forms of cultivation. In batch cultures, the maximum cell concentration (Xm) was found to be 1588 ± 11 mg.L-1, using 20 mM NaNO3. The use of the fed batch process, which had the addition of 20 mM NaNO3 in a range of 48 to 48 hours from the first to the sixth day, afforded Xm = 2753 ± 7 mg.L-1;ever it was not possible to eliminate the lag phase cultivation, leading to a productivity of cells (Px) of 351 ± 1 mg.L-1.day-1. The semi-continuous process was effective to eliminate the lag phase of the culture, allowing to obtain Xm = 2399 ± 5 mg.L-1 and increased up to 50% the Px value, which reached values of 525 ± 1 mg.L-1.day-1 in cultures with the use of 20 mM of NaNO3. In this condition the protein levels and lipid in the biomass were 34,8 ± 0,2% and 38,6 ± 0,2%, respectively. In all culture processes, it was observed that regardless of the type of process used, there is a decrease in the amount of nitrogen conversion factor into cells (YX/N) with increasing addition of NaNO3. The highest value of YX/N was obtained in the experiment with semi-continuous process with the use of 2 mM of NaNO3 in the culture medium, with an average of 29.1 ± 0.1 mg mg-1 at the end of the second cycle. However, in this condition, the protein content of the biomass was 17.3 ± 0.4%. The best values of YX/N found in the batch and fed-batch processes were, respectively, 22.5 ± 1.6 and 7.1 ± 0.1 mg mg-1. The results of this study shows the potential of Ankistrodemsus braunii as a source of protein and lipids for industrial use.

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

A ciclodextrina glicosiltransferase [E.C. 2.4.1.19; CGTase] é uma enzima industrialmente importante, usada para produzir ciclodextrinas. Neste trabalho foi utilizado o planejamento experimental e a metodologia de superfície de resposta a fim de identificar as melhores condições para a produção de CGTase pela bactéria alcalófila Bacillus circulans. As melhores condições de temperatura e pH, para a produção de CGTase foram, respectivamente, 36 ºC e 9,7. Em seguida, utilizando estes parâmetros otimizados, a produção de CGTase foi avaliada em cultivos submersos, batelada e batelada alimentada, e em cultivo semi-sólido (CSS), usando um resíduo fibroso de soja (SIFR) como substrato. Nos cultivos em batelada, a atividade máxima de CGTase obtida foi de 1155 U.mL-1, em aerobiose. A produção de CGTase foi bastante influenciada pelo fluxo de ar e pela agitação, sendo que uma alta produtividade enzimática (155 U.(mLh)-1) foi obtida em condições de aeração moderada (400 rpm para a velocidade de agitação e 1,7 vvm para o fluxo de ar). Com estes parâmetros otimizados, a produtividade de CGTase obtida em cultivo em batelada alimentada foi de 137 U.(mLh)-1, com uma taxa de alimentação de 0,17 g.(Lh)-1. O crescimento celular e a síntese de CGTase, usando o resíduo fibroso de soja como substrato apresentou um rendimento de 32.776 U.g(SIFR) -1. As diferentes abordagens utilizadas neste trabalho poderão ser aplicadas para a produção de outras enzimas amilolíticas e também para a produção de CGTase com outros substratos. / Cyclodextrin glycosyltransferase [E.C. 2.4.1.19; CGTase] is an industrially important enzyme, which is used to produce cyclodextrins. In this study we report the use of experimental factorial design and response surface methodology to find the best conditions for CGTase production by alkaliphilic Bacillus circulans. The optimized calculated values for the tested variables were pH 9.7 and temperature 36oC. The CGTase production was further studied with the optimized process parameters on submerged cultivations (SC), batch or fedbatch, and solid-state cultivations (SSC) using soybean industrial fibrous residue (SIFR). The maximum CGTase activity obtained on batch cultivation was 1,155 U.mL-1 under aerobic conditions. The CGTase production was strongly affected by air flow rate and agitation speed, showing high enzyme productivity (155 U.mL-1h-1) under moderate conditions of aeration (400 rpm for speed agitation and 1.7 vvm for air flow rate). With these optimized process parameters, CGTase productivity obtained on fed-batch cultivations was 137 U.mL-1h-1, with feeding rate at 0.17 g.L-1h-1. Cell growth and CGTase synthesis in SSC using soybean industrial fibrous residue as substrate was excellent, with CGTase yield of 32,776 U.g(SIFR) -1. The different approaches used in this study may also find applications for the production of other starch-converting enzymes and also for other CGTase-producing substrates.

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

No Brasil, vários grupos de pesquisa vêm se empenhando em desenvolver estratégias que visam ao aproveitamento da biomassa vegetal, principalmente biomassa de cana-de-açúcar, para a produção de etanol de segunda geração (2G), o que coloca o País numa posição de destaque no cenário internacional, na busca por alternativas para a produção de energia de forma sustentável e economicamente competitiva. Dentro deste contexto, este trabalho avaliou a obtenção de etanol 2G a partir de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar pela levedura Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124, pela determinação das melhores condições de suplementação do meio de cultivo e das condições operacionais em processo descontínuo e descontínuo alimentado. Na etapa de estabelecimento da suplementação do meio de cultivo foi empregado um planejamento experimental fracionado 29-5 com três repetições no ponto central e um planejamento de mistura. As melhores condições foram (2,0 g/L) extrato de levedura, (0,5 g/L) fosfato de potássio, (0,5 g/L) peptona, (0,5 g/L) sulfato de magnésio e (0,01 g/L) sulfato de zinco. Quanto ao estabelecimento das condições operacionais pHinicial, agitação e vazão de ar em biorreator, utilizou-se um planejamento central composto rotacional com três repetições no ponto central. As melhores condições encontradas foram pHinicial 6,0, agitação 225 rpm e aeração 0,45 vvm obtendo-se um fator de conversão em etanol (YP/S) de 0,23 g/g e produtividade (QP) de 0,18 g/L/h. Posteriormente foram realizados processos de fermentação descontínua e descontínua alimentada empregando-se as melhores condições definidas. No processo descontínuo, observou-se a produção de 9,94 g/L de etanol, correspondendo a valores de QP de 0,28 g/L/h, enquanto a utilização do processo descontínuo alimentado resultou em favorecimento de 37,3%, 75% nos valores de etanol formado (13,75 g/L), QP (0,49 g/L/h), respectivamente. Os resultados indicaram que um meio de cultivo suplementado com adição de poucos nutrientes aliado ao emprego de fermentação em modo descontínuo alimentado é uma estratégia promissora para a produção de etanol 2G a partir de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana. / In Brazil, research groups have been striving to develop strategies aimed at the use of plant biomass, and second generation ethanol has made the country a leader in this area. Energy and sustainability solutions are key to making this technology more competitive to meet the growing demand for biofuels. In this work, the acquisition of 2G ethanol from sugarcane hemicellulose hydrolyzate in culture medium optimized by Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124 yeast residue was evaluated. Simple batch and fed batch operational conditions were evaluated for use in bioprocesses. Experiments were performed in Erlenmeyer flasks with medium containing sugarcane bagasse hemicellulose hydrolyzate, which was detoxified using the yeast Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124, in order to optimize the culture medium according to a fractional factorial design of 29-5, with three repetitions at the midpoint, and a mix plan. The best optimized conditions were yeast extract (2.0 g/L), potassium phosphate (0.5 g/L), peptone (0.5 g/L), magnesium sulfate (0.5 g/L) and zinc sulfate (0.01 g/L). Soon after, pHinicial variables, agitation, and air flow rate were optimized in the bioreactor using a central composite rotational design with three repetitions at the midpoint. The best conditions were found with pHinicial at 6.0, agitation at 225 rpm and aeration at 0.45 vvm, which obtained a YP/S of 0.23 g/g and a QP of 0.18 g/L/h. The performance of Scheffersomyces stipitis yeast in a discontinuous fed-batch process with optimized conditions were also evaluated. In the process, the simple batch reached a 9.94 g/L ethanol production a QP of 0.28 g/L/h. While yeast performance in the fed-batch process was resulted in improvement 37.3%, 75% ethanol formed values (13.75 g/L), and productivity (0.49 g/L/h), respectively. The results indicated that the culture medium supplemented with addition of a few nutrients together with the use of fermentation in fed-batch is a promising for the production of 2G ethanol from sugarcane bagasse hemicellulose hydrolysate.

Escherichia coli (E. coli) is an attractive host for production of recombinant proteins, since it generally provides a rapid and economical means to achieve high product quantities. In this thesis, the impact of the glucose uptake rate on the production of recombinant proteins was studied, aiming at improving and optimising production of recombinant proteins in E. coli. E. coli can be cultivated to high cell densities in bioreactors by applying the fed-batch technique, which offers a means to control the glucose uptake rate. One objective of this study was to find a method for control of the glucose uptake rate in small-scale cultivation, such as microtitre plates and shake flasks. Strains with mutations in the phosphotransferase system (PTS) where used for this purpose. The mutants had lower uptake rates of glucose, resulting in lower growth rates and lower accumulation of acetic acid in comparison to the wild type. By using the mutants in batch cultivations, the formation of acetic acid to levels detrimental to cell growth could be avoided, and ten times higher cell density was reached. Thus, the use of the mutant strains represent a novel, simple alternative to fed-batch cultures.   The PTS mutants were applied for production of integral membrane proteins in order to investigate if the reduced glucose uptake rate of the mutants was beneficial for their production. The mutants were able to produce three out of five integral membrane proteins that were not possible to produce by the wild-type strain. The expression level of one selected membrane protein was increased when using the mutants and the expression level appeared to be a function of strain, glucose uptake rate and acetic acid accumulation. For production purposes, it is not uncommon that the recombinant proteins are secreted to the E. coli periplasm. However, one drawback with secretion is the undesired leakage of periplasmic products to the medium. The leakage of the product to the medium was studied as a function of the feed rate of glucose in fed-batch cultivations and they were found to correlate. It was also shown that the amount of outer membrane proteins was affected by the feed rate of glucose and by secretion of a recombinant product to the periplasm. The cell surface is another compartment where recombinant proteins can be expressed. Surface display of proteins is a potentially attractive production strategy since it offers a simple purification scheme and possibilities for on-cell protein characterisation, and may in some cases also be the only viable option. The AIDA-autotransporter was applied for surface display of the Z domain of staphylococcal protein A under control of the aidA promoter. Z was expressed in an active form and was accessible to the medium. Expression was favoured by growth in minimal medium and it seemed likely that expression was higher at higher feed rates of glucose during fed-batch cultivation. A repetitive batch process was developed, where relatively high cell densities were achieved whilst maintaining a high expression level of Z. / QC 20110608

The overall objective of this study was to investigate how NS0 cell proliferation is regulated in protein-free media. The hypothesis was that during the adaptation to growth factor-free media, animal cell lines start to produce their own autocrine growth factors to support proliferation, and after some time in a culture the effects of these factors are lost which results in cessation of proliferation. A chemically defined, protein-free and animal component-free medium was developed for the NS0 cells. This medium was comprised of a basal hybridoma medium to which phosphatidyl¬choline, cholesterol, β-cyclodextrin, ferric citrate and amino acids were added. A fed-batch process was then developed in this medium. The feed profile was optimised in a step-wise manner with a final feed solution containing glucose, glutamine, lipids, amino acids, vitamins, sodium selenite and ethanolamine. Specifically, supplementation with lipids (cholesterol) had a drastic effect on cell growth. Calcium, magnesium and potassium were not depleted during culture and a feed containing also iron, lithium, manganese, phosphorous and zinc did not significantly enhance the cell yield further. More than 8 x 106 viable cells mL-1 and 600 mg antibody L-1 was obtained in the final fed-batch. This corresponded to a 4.3-fold increase in viable cell yield and an 11.4-fold increase in product yield compared to bioreactor batch culture when the dilution of the fed-batch culture was also accounted for. The presence of autocrine growth factors in NS0 cell cultures was initially investigated by studying the effects of conditioned medium (CM). Concentrated CM had a significant positive effect on cell growth and part of this effect could be attributed to factor(s) eluting from a gel-filtration column at 20-25 kDa. In the search for cell-derived factors affecting cell growth the following proteins were identified as released/secreted by the NS0 cells; cyclophilin A, cyclophilin B, cystatin C, D-dopachrome tautomerase, IL-25, isopentenyl-diphosphate delta-isomerise, macrophage migration inhibitory factor (MIF), β2-microglobulin, niemann pick type C2, secretory leukocyte protease inhibitor (SLPI), thioredoxin-1, TNF-α, tumour protein translationally controlled-1 and ubiquitin. Zymogram electrophoresis further identified aspartic acid, papain-like cysteine (including cathepsin L) and serine protease activity in the CM. Pro/cathepsin L, CypB, EGF, IFN-α/β/γ, IGF-I/II, leukaemia inhibitory factor, IL-6, IL-11, IL-25, MIF, oncostatin M, TGF-β and TNF-α were excluded as involved in autocrine regulation of NS0 cell proliferation. The serine protease activity was suggested to affect the cells negatively and since the serine protease inhibitor SLPI is also present in NS0 CM, a balance in serine protease activity may be crucial for optimal cell growth. Further, the receptor gp130, known to be associated with myeloma cell growth, was shown to be essential for NS0 cell proliferation as demonstrated by siRNA gene silencing. The results suggested that autocrine regulation of proliferation in NS0 cell cultures involves the receptor subunit gp130. / QC 20100920