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.

O uso de etanol combustível no Brasil é hoje considerado o mais importante programa de combustível comercial renovável do mundo, sendo um potencial substituto aos derivados de petróleo. O aumento de rendimento fermentativo e a diminuição das perdas são objetivos de estudo em diversos centros de pesquisa, sendo o estudo da modelagem matemática e simulação do processo de grande importância para tal. A presente pesquisa apresenta como função identificar um modelo matemático para a linhagem isolada de Saccharomyces cerevisiae PE-2, de maneira a otimizar a maneira como é realizada a sua alimentação através de um controle H∞ por representação quasi-LPV. São realizados 9 ensaios de fermentação em 3 temperaturas distintas sob mesmas condições de concentração de substrato entrante. Após a finalização dos experimentos e análises, realiza-se a estimativa dos parâmetros componentes das equações diferenciais que modelam a cinética fermentativa, através de um algoritmo Quasi-Newton. De posse do modelo matemático, desenvolve-se um controle otimizado para a temperatura de 33ºC (temperatura usual de controle no processo industrial), considerando os parâmetros \"s\" e \"v\" variantes no tempo e os parâmetros x = 150 g/L e p = 70 g/L fixados, sendo valores médios obtidos durante o experimento. A utilização do controle desenvolvido possibilita um aumento de produtividade na faixa de 10% com relação a alimentação realizada em laboratório. Os resultados finais comprovam a eficiência do modelo matemático desenvolvido, comparado a outros estudos semelhantes, a influência da temperatura nos parâmetros cinéticos e a possibilidade de otimizar o processo através de um controle avançado do processo. / The use of ethanol in Brazil is considered the most important commercial renewable fuel program in the world, with a potential substitute for oil products. The increase in fermentation yield and losses reduction are objectives of study in various research centers, where the study of mathematical modeling and simulation of the process is of significant importance. This research presents as function to identify a mathematical model for the isolated strain of Saccharomyces cerevisiae PE-2, in order to optimize the way their substrate is fed, through a H∞ control based on quasi-LPV representation. Nine fermentation tests are performed at three different temperatures under the same conditions for incoming substrate concentration. After the experiments and analysis, it is carried out the estimation of parameters which are components of the differential equations that explain the fermentation kinetics, through a Quasi-Newton algorithm. With the mathematical model obtained, it is developed an optimal control for temperature 33°C (usual temperature control in the industrial process), considering the parameters \"s\" e \"v\" variyng in time and the parameters x = 150 g/L e p = 70 g/L set, which are average values obtained over the tests. The use of the control developed, applied to the flow variation, allows increasing productivity in 10% when compared with the flow performed in the tests conditions. The final results demonstrated the efficacy of the developed mathematical model, compared to other similar studies, the influence of temperature on the kinetic parameters and the possibility to optimize the process through an advanced process control.

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).

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

Avaliou-se o desempenho do reator anaeróbio em batelada seqüencial com biomassa imobilizada (ASBBR) no tratamento de soro de queijo quanto submetido a diferentes estratégias de alimentação e cargas orgânicas volumétricas (COV). O reator operou com agitação mecânica através de impelidor do tipo hélice na rotação de 500 rpm. Um volume de 2 litros foi alimentado por ciclo com 1 litro de volume residual, totalizando 3 litros. O substrato utilizado foi soro de queijo desidratado reconstituído. Suplementou-se o sistema com NaHCO3 na razão de 50% NaHCO3/DQO. Foram testadas as seguintes COVs: 2, 4, 8 e 12 gDQO/l.d. Para ciclos de 8 horas e em cada COV, três estratégias de alimentação foram testadas: (a) operação em batelada com ciclo de 8 horas, (b) batelada alimentada de 2 horas (c) batelada alimentada de 4 horas. Na COV de 2 gDQO/l.d, a conversão de matéria orgânica como DQO em amostras filtradas foi de 92, 96 e 91% para as estratégias de alimentação (a), (b) e (c), respectivamente. Para a COV de 4 gDQO/l.d, o desempenho foi de 94, 97 e 93%, respectivamente. Para a COV de 8 gDQO/l.d houve redução nas eficiências de conversão a 83, 85 e 86%, respectivamente. O aumento da COV para 12 gDQO/l.d, resultou na redução em eficiências de 72, 73 e 81%, respectivamente. Os perfis durante os ciclos da concentração de ácidos voláteis totais mostraram que, apesar do aumento gradual com o tempo de enchimento aumentando, nenhuma diferença significativa foi detectada em termos dos seus valores máximos. Foi observada a redução de ácido propiônico como conseqüência do aumento do tempo de enchimento. Assim, para COV de 2 e 4 gDQO/l.d, a estratégia de alimentação (b) proporcionou maiores eficiências de conversão e estabilidade operacional, enquanto que este comportamento foi observado na estratégia de alimentação (c) para os valores de COV de 8 e 12 gDQO/l.d. / The performance of an anaerobic sequencing batch biofilm reactor (ASBBR) treating cheese whey was evaluated when subjected to different feeding strategies and volumetric organic loads (VOL). The reactor operated under mechanical stirring provided by helix impellers at rotor speed of 500 rpm. A volume of 2 l was fed per cycle with 1 l of residual volume, totalizing 3 l. Reconstituted dehydrated cheese whey was used as substrate. NaHCO3 was supplemented at a ratio of 50% NaHCO3/COD. The following VOLs were tested: 2, 4, 8 and 12 gCOD/l.d. For 8-h cycles and each value of VOL three feed strategies were tested: (a) batch operation with 8-h cycle; (b) 2-h fed-batch operation; and (c) 4-h fed-batch. In the VOL of 2 gCOD/l.d, organic matter conversions as COD were 92, 96 and 91%, for feeding strategies (a), (b) and (c), respectively. For the VOL of 4 gCOD/l.d, performance values were 94, 97 and 93%, respectively. For the VOL of 8 gCOD/l.d there was a reduction in conversion efficiency to 84, 85 and 86%, respectively. The increase of VOL to 12 gCOD/l.d resulted in the reduction in efficiency of 78, 73 and 81%, respectively. The profiles of total volatile acids concentration obtained during the cycles showed that despite its gradual increase with the increasingly filling time, no significant differences were detected in terms of maximum values. Reduction in proprionic acid concentration along the cycle were observed as consequence of the increase of the filling time. Thus, for VOL of 2 and 4 gCOD/l.d feeding strategy (b) provided higher conversion efficiency and operation stability. This behavior was similar to that observed for the feeding strategy (c) at the VOL of 8 and 12 gCOD/l.d.

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

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

O presente projeto avaliou um reator anaeróbio operado em batelada e batelada alimentada seqüenciais (ASBR), em ciclos de 8 horas, utilizando biomassa granulada e agitação mecânica em um draft-tube, alimentado com água residuária sintética (500 mgDQO/L), contendo sulfato em diferentes relações DQO/[\'SO IND.4\' POT.2-\']. Em todos os ensaios o reator apresentou uma operação estável, produzindo alcalinidade e com concentração de ácidos voláteis totais em níveis adequados. Para os tempos de alimentação de 10 min, 3 h e 6 h, respectivamente, as eficiências de remoção de sulfato foram de 30, 72 e 72% nas operações nas quais o reator foi alimentado com uma relação DQO/[\'SO IND.4\'POT.2-\'] de 1,34. Nos ensaios nos quais o reator foi alimentado na relação DQO/[\'SO IND.4\'POT. 2-\'] de 0,67, as eficiências para a redução de sulfato foram de 25, 58 e 55%, respectivamente. Na operação com relação DQO/[\'SO IND.4\'POT.2-\'] de 0,34, as eficiências para redução de sulfato foram de 23, 37 e 27%, respectivamente. Desta maneira, pode-se concluir que as operações em batelada alimentada favoreceram a remoção de sulfato, enquanto foi observado que nas operações em batelada a remoção de matéria orgânica atingiu melhores eficiências. / This present work evaluate an anaerobic sequencing batch reactor (ASBR), fed in batch and fed-batch, and cycles of 8 hours, using granulated biomass and mechanical stirring in a draft-tube, fed with synthetic wastewater (500 mgCOD/L), enriched with sulfate in some COD/[\'SO IND.4\'POT.2-\'] relations. In all operations the reactor showed a stable operation, producing alkalinity and maintaining the volatile acids in adequate levels. Considering the fed periods of 10 min, 3 h and 6 h, respectively, the removal efficiencies of the sulfate was 30, 72 e 72%, in the operations when the reactor was fed with a COD/[\'SO IND.4\'POT.2-\'] relation of 1,34. In the essays when the reactor was fed in COD/[\'SO IND.4\'POT.2-\'] relation of 0,67, the efficiencies of the sulfate reduction was 25, 58 e 55%, respectively. When the reactor was operated with COD/[\'SO IND.4\'POT.2-\'] relation of 0,34, the efficiencies of sulfate reduction 23, 37 e 27%, respectively. Thus, is possible to conclude that the operations in fed-batch increased the efficiency of sulfate removal, at what time was observed that in batch operations the organic matter removal attained improved efficiencies.

Polyhydroxyalkanoates (PHA) are a family of biodegradable polyesters naturally synthesised by some bacteria and archaea. PHA have high industrial value as bioplastics for packaging and biomedical applications. However, their broader use is hindered by high production costs and uncontrolled variation of polymer properties. The extreme halophile Haloferax mediterranei shows bioprocess advantages that can be exploited for the low cost production of the PHA copolymer Poly(3-hydroxbutyrate-co-3-hydroxyvalterate) (PHBV). The focus of this thesis is to identify process variables responsible for the uncontrolled variation of PHA properties in order to progress towards the robust production of PHBV using H. mediterranei. The outcome of the investigation is a novel cultivation strategy for the reliable synthesis of PHBV copolymers with controlled composition and microstructure showing minor differences in material characteristics. Initially, growth kinetics and PHBV synthesis were characterised under nitrogen-excess and nitrogen-limiting conditions in ammonium and for the first time, nitrate. The nitrogen source and concentration influenced PHBV accumulation and variations in polymer composition were observed with ammonium, highlighting the importance of the control of cultivation conditions. Volatile fatty acids (VFA) were found to be a more direct approach to determine PHBV composition and for the first time were used as substrates in H. mediterranei cultures. When the cells were grown in C4:0/C5:0 mixtures, the 3HV fraction in the PHBV was proportional to the percentage of C5:0 in the feed mixture, allowing the synthesis of copolymers with a predefined composition ranging from pure PHB to pure PHV. The cultivation strategy proved effective for the synthesis of HV rich PHBV, which is not easily obtained due to the 3HV precursor toxicity. The polymer microstructure was controlled using different feeding strategies: co-feeding generated random copolymers, while sequential feeding created block and blend copolymers. The synthesis of block copolymers is of interest because the materials show enhanced yield strength and mechanical strength, making such materials more suitable for commodity uses. Bespoke random, block, and blend copolymers with 0−100 mol% 3HV were synthesized and their thermal and mechanical properties studied. Lastly, high temperature cultivation and several surfactants were tested to enhance the production of bespoke PHBV from VFA. PHBV productivity and accumulation was greatly improved in a fed-batch bioreactor fermentation at 37°C with Tween-80 and the maximum PHBV content 58.9% was obtained. The polymers from shake-flasks and from bioreactors showed minor variations in their material properties, demonstrating the scalability and the robustness of the process developed. Further understanding of the different process variables affecting polymer synthesis and composition was gained in this thesis. It is now possible to produce PHBV with controllable composition, microstructure and minor differences in material characteristics. The novel and robust production strategy developed address the bioprocess challenge of minimising the uncontrolled variation of polymer characteristics that is currently hindering the wider use of PHA hence allowing the production of high quality polymers for commodity goods, packaging and biomedical applications.